專利名稱：超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，特別是一種超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并利用壓電振子 的驅(qū)動(dòng)足特定的振動(dòng)方式，在驅(qū)動(dòng)足的端部產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)，通過(guò)摩擦作用推動(dòng)從動(dòng)件產(chǎn)生 宏觀運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。通過(guò)預(yù)壓力裝置的作用，使電機(jī)振子的驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子保持接觸。相對(duì) 于傳統(tǒng)電機(jī)，超聲電機(jī)具有單位體積輸出功率大、不受電磁干擾、位移分辨率高、響應(yīng)迅速、 運(yùn)行安靜無(wú)噪聲等特點(diǎn)。機(jī)器人靈巧手是為多任務(wù)而研究開(kāi)發(fā)的一種智能型通用機(jī)械手。經(jīng)過(guò)幾十年的研 制開(kāi)發(fā)，機(jī)器人靈巧手的研究取得了許多有應(yīng)用價(jià)值的成果，相繼誕生了一批著名的靈巧 手。已研制出的靈巧手多從結(jié)構(gòu)和功能上模仿人手，為多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手，其中較多的靈巧 手采用了通過(guò)電磁驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)腱傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行手指關(guān)節(jié)的遠(yuǎn)距離驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。由于電磁電 機(jī)要產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩必須采用減速機(jī)構(gòu)，因而此類靈巧手一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈巧手的控制精 度和響應(yīng)速度受到限制。一般來(lái)說(shuō)，靈巧手的自由度越多，設(shè)計(jì)難度越大，目前機(jī)器人靈巧 手都有一個(gè)主要的困難即當(dāng)機(jī)械手有效自由度的數(shù)目超過(guò)某個(gè)值時(shí)，如果想使其尺寸接 近人手，那么把眾多驅(qū)動(dòng)器安置在手腕或手掌里是非常困難的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)已有技術(shù)的缺陷，提供一種超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器 人靈巧手手指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏性高，隨動(dòng)性好。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新 型的構(gòu)思是充分利用超聲電機(jī)低速大扭矩、體積小和重量輕、快速響應(yīng)特性和靜音運(yùn)轉(zhuǎn)， 尤其是超聲電機(jī)的自鎖力矩大，可以實(shí)現(xiàn)斷電后仍然可以抓住物體等優(yōu)點(diǎn)，摒棄現(xiàn)有機(jī)器 人靈巧手的“驅(qū)動(dòng)器一減速器一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)”的傳統(tǒng)驅(qū)傳動(dòng)方案，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成 到靈巧手手指中，直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人靈巧手關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人靈巧手關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由超聲電機(jī)、夾持滑塊、強(qiáng)磁磁鐵、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸等組成， 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸既是超聲電機(jī)的輸出軸，也是靈巧手手指的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，由超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)靈巧 手關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都包含在靈巧手手指指節(jié)內(nèi)部。使用了上海大學(xué)研制的短柱 棒型超聲電機(jī)，該電機(jī)主體的截面為方形，電機(jī)有兩個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，可使用緊定螺釘把超聲電 機(jī)固定在夾持滑塊上，超聲電機(jī)和夾持滑塊作為一個(gè)整體可以在靈巧手手指內(nèi)部導(dǎo)軌上滑 動(dòng)。一般超聲電機(jī)的定轉(zhuǎn)子之間的預(yù)壓力均由預(yù)壓力彈簧提供，由此導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)不緊湊，導(dǎo) 致手指指節(jié)細(xì)長(zhǎng)，為克服了預(yù)壓力裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大的缺點(diǎn)，提出了一種利用磁斥 力加壓的預(yù)壓力裝置。夾持滑塊的底部固定一片強(qiáng)磁磁鐵薄片，靈巧手手指指節(jié)內(nèi)安裝一 片強(qiáng)磁磁鐵，兩片磁鐵相同磁極相對(duì)，兩片磁鐵之間的排斥力推動(dòng)夾持滑塊及超聲電機(jī)沿 導(dǎo)軌滑動(dòng)，使得超聲電機(jī)的輸出端貼緊關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。為了減輕靈巧手手指的重量，去除保證手指結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求之外的材料。根據(jù)上述實(shí)用新型構(gòu)思，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案—種超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)靈巧手手指指節(jié) 通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸鉸連，其特征在于靈巧手指指節(jié)有長(zhǎng)矩形空腔，通過(guò)一個(gè)夾持滑塊滑動(dòng) 配置一個(gè)超聲電機(jī)；夾持滑塊下底固定一塊第一薄片型強(qiáng)磁磁鐵，靈巧手手指指節(jié)內(nèi)腔底 部固定一塊第二薄片形強(qiáng)磁磁鐵，兩磁鐵的相同磁極相對(duì)，在磁力施加的預(yù)壓力下，超聲電 機(jī)的輸出端面抵壓在所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸上；關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與所述一個(gè)靈巧手手指指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，而 與另一靈巧手手指指節(jié)固定連接。上述夾持滑塊為方形體，外壁與所述靈巧手手指指節(jié)內(nèi)壁滑配，內(nèi)部為方形腔安 置所述超聲電機(jī)，超聲電機(jī)的輸出端伸出夾持滑塊。上述超聲電機(jī)為短柱棒型超聲電機(jī)；其輸出端為細(xì)長(zhǎng)形矩形面，輸出端面與所述 關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸相切，輸出端矩形面的長(zhǎng)邊與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸中心線平行；所述超聲電機(jī)有兩個(gè)振動(dòng)節(jié) 點(diǎn)，由兩個(gè)緊定螺釘夾持超聲電機(jī)的兩個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)固定安裝在所述夾持滑塊內(nèi)。上述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸為空心軸，通過(guò)兩個(gè)小軸承支承于一根中心軸上，所述中心軸的兩 端與所述的一個(gè)靈巧手手指指節(jié)固定連接，所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的兩端面各通過(guò)兩個(gè)緊定螺釘與 所述另一個(gè)靈巧手手指指節(jié)固定連接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在靈巧 手手指內(nèi)部集成電機(jī)及直接驅(qū)動(dòng)輸出，省去了中間轉(zhuǎn)換裝置，以及關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與電機(jī)輸出軸 一體化，使得機(jī)器人靈巧手手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、隨動(dòng)性好，響應(yīng)迅速，更利于精確控 制，集成化。

圖1是靈巧手一個(gè)關(guān)節(jié)的外部立體圖。圖2是機(jī)器人靈巧手手指指節(jié)外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中A-A處剖視圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的優(yōu)先實(shí)施例結(jié)合附圖說(shuō)明如下實(shí)施例一參見(jiàn)圖1、圖2、圖3，本超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)結(jié) 構(gòu)包括兩個(gè)靈巧手手指指節(jié)1、2通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3鉸連，所述靈巧手指指節(jié)1有長(zhǎng)矩形 空腔，通過(guò)一個(gè)夾持滑塊8滑動(dòng)配置一個(gè)超聲電機(jī)6 ；所述夾持滑塊8下底固定一塊第一薄 片型強(qiáng)磁磁鐵9，所述靈巧手手指指節(jié)1內(nèi)腔底部固定一塊第二薄片形強(qiáng)磁磁鐵10，所述兩 磁鐵9、10的相同磁極相對(duì)，在磁力施加的預(yù)壓力下，所述超聲電機(jī)6的輸出端面抵壓在所 述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3上；所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3與所述一個(gè)靈巧手手指指節(jié)1轉(zhuǎn)動(dòng)連接，而與另一靈巧手 手指指節(jié)2固定連接。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下所述夾持滑塊8為方形 體，外壁與所述靈巧手手指指節(jié)1內(nèi)壁滑配，內(nèi)部為方形腔安置所述超聲電機(jī)6，超聲電機(jī)6 的輸出端伸出夾持滑塊8。所述超聲電機(jī)6為短柱棒型超聲電機(jī)；其輸出端為細(xì)長(zhǎng)形矩形 面，輸出端面與所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3相切，輸出端矩形面的長(zhǎng)邊與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3中心線平行；所述超聲電機(jī)6有兩個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，由兩個(gè)緊定螺釘7夾持超聲電機(jī)6的兩個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)固定安裝 在所述夾持滑塊8內(nèi)。所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3為空心軸，通過(guò)兩個(gè)小軸承4支承于一根中心軸5 上，所述中心軸5的兩端與所述的一個(gè)靈巧手手指指節(jié)1固定連接，所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3的兩端 面各通過(guò)兩個(gè)緊定螺釘11與所述另一個(gè)靈巧手手指指節(jié)2固定連接。 實(shí)施例三本實(shí)用新型選用了短柱棒型超聲電機(jī)，該類型超聲電機(jī)的特點(diǎn)是，電機(jī) 的輸出端是一細(xì)長(zhǎng)形矩形面，超聲電機(jī)有兩個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)。在圖2中，使用兩個(gè)緊定螺釘7夾 持超聲電機(jī)6的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，把超聲電機(jī)6固定在空心夾持滑塊8上，超聲電機(jī)6的輸出端面 與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3相切，電機(jī)輸出端矩形面的長(zhǎng)邊與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3中心線平行。靈巧手手指指節(jié)1 內(nèi)部空心，截面為方框形，夾持滑塊8可以在靈巧手手指指節(jié)1內(nèi)滑動(dòng)，方框形導(dǎo)軌限制了 夾持滑塊8的轉(zhuǎn)動(dòng)，使超聲電機(jī)6的輸出端面與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3間能保持較大的接觸面。在夾 持滑塊8的尾部固定一片薄片形強(qiáng)磁磁鐵9，在靈巧手手指指節(jié)1內(nèi)部安裝一片薄片形強(qiáng)磁 磁鐵10，在安裝強(qiáng)磁磁鐵時(shí)，強(qiáng)磁磁鐵9與強(qiáng)磁磁鐵10相同的磁極處在對(duì)立面，強(qiáng)磁磁鐵 10與強(qiáng)磁磁鐵9之間的排斥力推動(dòng)夾持滑塊8使得超聲電機(jī)6的輸出端貼緊關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3， 通過(guò)超聲電機(jī)6的輸出端和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3間的摩擦作用推動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3固 定在前面的靈巧手手指指節(jié)2上，從而推動(dòng)靈巧手手指指節(jié)2運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。給超 聲電機(jī)6輸入不同的信號(hào)可以使關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸3正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手指關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)。使用 不同規(guī)格的強(qiáng)磁磁鐵或調(diào)整強(qiáng)磁磁鐵9與強(qiáng)磁磁鐵10之間的距離可以調(diào)節(jié)預(yù)壓力的大小。 超聲電機(jī)、靈巧手指手指和夾持滑塊等均使用不導(dǎo)磁的材料。
權(quán)利要求一種超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)靈巧手手指指節(jié)(1、2)通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(3)鉸連，其特征在于a.所述靈巧手指指節(jié)(1)有長(zhǎng)矩形空腔，通過(guò)一個(gè)夾持滑塊(8)滑動(dòng)配置一個(gè)超聲電機(jī)(6)；b.所述夾持滑塊(8)下底固定一塊第一薄片型強(qiáng)磁磁鐵(9)，所述靈巧手手指指節(jié)(1)內(nèi)腔底部固定一塊第二薄片形強(qiáng)磁磁鐵(10)，所述兩磁鐵(9、10)的相同磁極相對(duì)，在磁力施加的預(yù)壓力下，所述超聲電機(jī)(6)的輸出端面抵壓在所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(3)上；c.所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(3)與所述一個(gè)靈巧手手指指節(jié)(1)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，而與另一靈巧手手指指節(jié)(2)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述夾持滑塊(8)為方形體，外壁與所述靈巧手手指指節(jié)(1)內(nèi)壁滑配，內(nèi)部為方形腔安 置所述超聲電機(jī)(6)，超聲電機(jī)(6)的輸出端伸出夾持滑塊(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述超聲電機(jī)(6)為短柱棒型超聲電機(jī)；其輸出端為細(xì)長(zhǎng)形矩形面，輸出端面與所述關(guān) 節(jié)轉(zhuǎn)軸(3)相切，輸出端矩形面的長(zhǎng)邊與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(3)中心線平行；所述超聲電機(jī)(6)有兩 個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，由兩個(gè)緊定螺釘(7)夾持超聲電機(jī)(6)的兩個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)固定安裝在所述夾持 滑塊(8)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(3)為空心軸，通過(guò)兩個(gè)小軸承(4)支承于一根中心軸(5)上，所述中心軸 (5)的兩端與所述的一個(gè)靈巧手手指指節(jié)(1)固定連接，所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(3)的兩端面各通過(guò) 兩個(gè)緊定螺釘(11)與所述另一個(gè)靈巧手手指指節(jié)(2)固定連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種超聲電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人靈巧手手指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，它包括兩個(gè)靈巧手手指指節(jié)通過(guò)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸鉸連，靈巧手手指指節(jié)有長(zhǎng)矩形空腔，通過(guò)夾持滑塊滑動(dòng)配置超聲電機(jī)；夾持滑塊下底固定第一薄片形強(qiáng)磁磁鐵，靈巧手手指指節(jié)內(nèi)腔底部固定第二薄片形強(qiáng)磁磁鐵，兩磁鐵的相同磁極相對(duì)，在磁力施加的預(yù)壓力下，超聲電機(jī)的輸出端面抵壓在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸上；關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與所述一個(gè)靈巧手手指指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，與另一靈巧手手指指節(jié)固定連接。本實(shí)用新型在靈巧手手指內(nèi)部集成電機(jī)及直接驅(qū)動(dòng)輸出，省去了中間轉(zhuǎn)換裝置，以及關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與電機(jī)輸出軸一體化，使得機(jī)器人靈巧手手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、隨動(dòng)性好，響應(yīng)迅速，更利于精確控制，集成化。
文檔編號(hào)B25J15/08GK201579792SQ20102003336
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者何永義, 李朝東, 郭帥, 郭靈聰 申請(qǐng)人:上海大學(xué)