一種拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)。包括上關(guān)節(jié)窩、下關(guān)節(jié)窩、填充塊、凹軸和凸軸，所述填充塊有一對(duì)相互正交的通孔，上關(guān)節(jié)窩和下關(guān)節(jié)窩上有與填充塊上的所述通孔相對(duì)應(yīng)的安裝孔，所述凹軸中部開有一個(gè)槽，所述凸軸一側(cè)有與凹軸中部開的槽相應(yīng)的切口，凹軸與凸軸先后插入所述安裝孔和所述通孔中，凹軸與凸軸在填充塊中相互正交相互鎖緊，填充塊上安裝有兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)，通過改變改變填充塊的驅(qū)動(dòng)方式可以滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)不同驅(qū)動(dòng)方式的要求，通過改變上關(guān)節(jié)窩和下關(guān)節(jié)窩的尺寸和形狀，來滿足機(jī)器人關(guān)不同結(jié)構(gòu)上的要求，所以說在結(jié)構(gòu)和功能上具有一定的通用性。
【專利說明】一種拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及的是一種通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人的關(guān)節(jié)是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，是機(jī)器人性能的關(guān)鍵，機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的好壞直接決定了這個(gè)機(jī)器人的品質(zhì)。目前，機(jī)器人關(guān)節(jié)大多數(shù)都是為了某種特定的用途來設(shè)計(jì)和制作的，用途單一，裝配和維修復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。很少有針對(duì)通用性設(shè)計(jì)的能夠用于機(jī)器人的方便拆卸的關(guān)節(jié)。
[0003]在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中關(guān)節(jié)按照運(yùn)動(dòng)方式分為移動(dòng)關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，萬(wàn)向關(guān)節(jié)屬于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)是機(jī)器人關(guān)節(jié)的主要運(yùn)動(dòng)形式，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中需要完成不同軸線力的輸出，這就需要萬(wàn)向關(guān)節(jié)，而要達(dá)到這個(gè)目的，萬(wàn)向關(guān)節(jié)往往設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，控制難度高。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910072646.X、名稱為“一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及其拼裝方法”的專利文件中提到了一種可以通用的，拼裝式的機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，主要是用于單自由度的機(jī)器人關(guān)節(jié)。在很多情況下，機(jī)器人上需要一種便于拆卸的萬(wàn)向關(guān)節(jié)，比如仿生機(jī)械手的近指關(guān)節(jié)骨的運(yùn)動(dòng)需要萬(wàn)向關(guān)節(jié)，機(jī)器人的腳踝關(guān)節(jié)需要用到萬(wàn)向關(guān)節(jié)等等。用兩個(gè)獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)解算產(chǎn)生超越方程。在以往的萬(wàn)向關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)很少具有通用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種便于裝卸、易于控制的拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]包括上關(guān)節(jié)窩、下關(guān)節(jié)窩、填充塊、凹軸和凸軸，所述填充塊有一對(duì)相互正交的通孔，上關(guān)節(jié)窩和下關(guān)節(jié)窩上有與填充塊上的所述通孔相對(duì)應(yīng)的安裝孔，所述凹軸中部開有一個(gè)槽，所述凸軸一側(cè)有與凹軸中部開的槽相應(yīng)的切口，凹軸與凸軸先后插入所述安裝孔和所述通孔中，凹軸與凸軸在填充塊中相互正交相互鎖緊，填充塊上安裝有兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明還可以包括:
[0009]1、所述兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為:在填充塊的兩個(gè)垂直端面上分別安裝腱線導(dǎo)軌，以腱驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)。
[0010]2、所述兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為:在填充塊的兩個(gè)垂直端面中的一個(gè)端面上安裝腱線導(dǎo)軌，在另一個(gè)端面上安裝齒輪，分別以腱驅(qū)動(dòng)與齒輪驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)。
[0011]3、所述兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為:在填充塊的兩個(gè)垂直端面上分別安裝齒輪，以齒輪驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)。
[0012]4、所述的凸軸與凹軸在非配合端有一配合切口。
[0013]5、所述的凸軸與凹軸配合切口前部有一為便于安裝的錐面。
[0014]本發(fā)明的機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)的拼裝方法是:[0015]第一步，將填充塊導(dǎo)軌膠接在填充塊上，注意保證導(dǎo)軌的位置正確，若采用兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為均采用齒輪驅(qū)動(dòng)方式或萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為腱驅(qū)動(dòng)方式，則略去此步；第二步，將齒輪插入填充塊的齒輪安裝槽，保證齒輪孔對(duì)準(zhǔn)填充塊的其中一個(gè)正交孔，若采用兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為均采用齒輪驅(qū)動(dòng)方式，則此步需要安裝兩個(gè)齒輪，若采用萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為腱驅(qū)動(dòng)方式，則略去此步；第三步，將填充塊放入與凹軸配合的關(guān)節(jié)窩內(nèi)，注意保證填充塊的安裝孔與關(guān)節(jié)窩的安裝孔同軸，然后插入凹軸，使凹軸的槽對(duì)準(zhǔn)填充塊的另一個(gè)孔；第四步，將填充塊放入凸軸對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)窩內(nèi)，注意保證填充塊的安裝孔與關(guān)節(jié)窩的安裝孔同軸，然后插入凸軸，使得凸軸卡入凹軸槽達(dá)到相互鎖緊。拆卸過程與上述過程相反。在實(shí)際使用中，凹軸和凸軸的尺寸結(jié)構(gòu)由具體結(jié)構(gòu)決定，如需得到一個(gè)更高精度的傳動(dòng)，則可用在關(guān)節(jié)窩的安裝內(nèi)孔使用滑動(dòng)軸承材料，為了減少填充塊與關(guān)節(jié)窩的磨損還可以在填充塊與關(guān)節(jié)窩相互接觸的面插入潤(rùn)滑片。
[0016]本發(fā)明的工作過程是:該關(guān)節(jié)由兩個(gè)正交的轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成，當(dāng)使用萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為腱驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，腱安裝在填充塊與關(guān)節(jié)窩內(nèi)壁相接觸的凸臺(tái)上，裝在下關(guān)節(jié)窩側(cè)的驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)填充塊的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)上關(guān)節(jié)窩在下關(guān)節(jié)窩的支撐下的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)；由于填充塊在上關(guān)節(jié)窩的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上相對(duì)于下關(guān)節(jié)窩是固定的，故而裝在上關(guān)節(jié)窩側(cè)的驅(qū)動(dòng)源帶動(dòng)腱線是使上關(guān)節(jié)自己俯仰運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為均采用齒輪驅(qū)動(dòng)方式也是這樣的工作方式，若采用萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式為一個(gè)是齒輪驅(qū)動(dòng)方式，一個(gè)是腱驅(qū)動(dòng)方式，腱的驅(qū)動(dòng)源可以和齒輪的驅(qū)動(dòng)源可以安裝在同一關(guān)節(jié)窩側(cè)，可以滿足萬(wàn)向關(guān)節(jié)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向有不同控制特性的要求。
[0017]本發(fā)明的萬(wàn)向關(guān)節(jié)既可以作為一個(gè)獨(dú)立的機(jī)構(gòu)，當(dāng)兩關(guān)節(jié)窩連接其它固定部件也可以與其它關(guān)節(jié)構(gòu)成一個(gè)機(jī)器整體。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明沒有使用緊固標(biāo)準(zhǔn)件，而是靠機(jī)構(gòu)的配合來實(shí)現(xiàn)鎖緊，便于安裝和拆卸，在沒有任何工具的情況下可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)，同時(shí)凹凸軸的切口可以用來安裝傳感器。
[0019]本發(fā)明的兩個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角在兩關(guān)節(jié)一個(gè)為齒輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)為腱驅(qū)動(dòng)方式下分別為±45°和±90°，如需其他的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，需要調(diào)整填充塊的尺寸和關(guān)節(jié)窩的寬度。
[0020]綜上所述，本發(fā)明的特點(diǎn)是，靠便于加工的零件拼裝了正交的萬(wàn)向關(guān)節(jié)，運(yùn)用在機(jī)器人上可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化，不會(huì)產(chǎn)生超越方程；可兼容:萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為齒輪驅(qū)動(dòng)、均為腱驅(qū)動(dòng)、一側(cè)齒驅(qū)動(dòng)一側(cè)腱驅(qū)動(dòng)三種不同驅(qū)動(dòng)模式，并可根據(jù)使用者需求，將兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)源布置在萬(wàn)向關(guān)節(jié)的同側(cè)或者將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)源分別布置在萬(wàn)向關(guān)節(jié)的兩側(cè)。便于拆裝，其中的萬(wàn)向關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)源同側(cè)安裝特別適合開式運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，比如機(jī)器人靈巧手，和機(jī)器人腳踝關(guān)節(jié)。驅(qū)動(dòng)源兩側(cè)分布的方式特別適合類似蛇形機(jī)器人的相關(guān)結(jié)構(gòu)上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是圖2的A-A剖視圖。
[0024]圖4是上關(guān)節(jié)窩的結(jié)構(gòu)示意圖；[0025]圖5是下關(guān)節(jié)窩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6是填充塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7是凹軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8是凸軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖9是萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)均為腱驅(qū)動(dòng)方式為的應(yīng)用參考圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。
[0031]結(jié)合圖1-圖8。本發(fā)明的拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)的組成包括上關(guān)節(jié)窩1、下關(guān)節(jié)窩2、填充塊3、凹軸4和凸軸5。其中填充塊3有一對(duì)相互正交的通孔，上關(guān)節(jié)窩I和下關(guān)節(jié)窩2的安裝孔分別對(duì)齊到填充塊3通孔，先插入凹軸4，再將凸軸5插入，達(dá)到鎖緊效
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[0032]本發(fā)明還可以包括:
[0033]1、所述的萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為腱驅(qū)動(dòng)方式，在填充塊的滑輪凸臺(tái)去嵌入腱線，在填充塊滑輪凸臺(tái)側(cè)邊小孔插入小銷，腱線在小銷上打個(gè)結(jié)，再裝入關(guān)節(jié)窩，小銷被卡在滑輪側(cè)邊小孔內(nèi)，使腱線不會(huì)因?yàn)樾′N脫落而安裝失效。
[0034]2、所述的萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式為一個(gè)是齒輪驅(qū)動(dòng)方式，一個(gè)是腱驅(qū)動(dòng)方式，在填充塊上部安裝腱線導(dǎo)軌，腱線安裝在上關(guān)節(jié)窩的嵌入位置，沿導(dǎo)軌引出腱線。齒輪安裝方式是在填充塊與下關(guān)節(jié)窩結(jié)合處，開一齒輪槽，將齒輪插入，然后插入凹、凸軸鎖緊。
[0035]3、所述的萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)方式均為均采用齒輪驅(qū)動(dòng)方式，在填充塊兩個(gè)正交孔的兩端開齒輪槽，將齒輪插入填充塊后，裝入關(guān)節(jié)窩，插入凹凸軸鎖緊。
[0036]4、所述的凸、凹兩軸在非配合端有一切口。
[0037]5、所述的凸軸與凹軸配合切口前部有一為便于安裝的錐面。
[0038]其中關(guān)節(jié)窩和軸若用于需要結(jié)構(gòu)剛度比較高則可以用淬火中碳鋼如45號(hào)鋼，填充塊可用YL7075，若用于玩具部件，則可選用ABS塑料；關(guān)節(jié)角的檢測(cè)則可以通過在關(guān)節(jié)窩外側(cè)貼入貼片式的電位器或角度傳感器；若需要測(cè)試關(guān)節(jié)受力，則可以在關(guān)節(jié)窩相應(yīng)位置貼入應(yīng)變片；傳動(dòng)方式則可以根據(jù)使用需要自行選擇。
[0039]結(jié)合圖9，本發(fā)明的具體組裝方法是:以萬(wàn)向關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)均為腱驅(qū)動(dòng)方式為例，第一步，將填充塊導(dǎo)軌膠接在填充塊上，注意保證導(dǎo)軌的位置正確，參見附圖；第一步，將腱6與腱7裝在填充塊3上相應(yīng)的腱線固定位置；第二步，將裝好腱的填充塊3插入上關(guān)節(jié)窩I相應(yīng)位置，注意兩安裝空對(duì)齊，然后將凹軸4插入到合適位置，使得凹軸中部槽對(duì)齊填充塊3的另一孔；第三步，將下關(guān)節(jié)窩2的安裝孔對(duì)齊填充塊3的安裝孔，是凹軸4中部的槽保持水平狀態(tài)，插入凹軸5到底部。拆卸過程與上述過程相反。
【權(quán)利要求】
1.一種拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)，包括上關(guān)節(jié)窩、下關(guān)節(jié)窩、填充塊、凹軸和凸軸，其特征是:所述填充塊有一對(duì)相互正交的通孔，上關(guān)節(jié)窩和下關(guān)節(jié)窩上有與填充塊上的所述通孔相對(duì)應(yīng)的安裝孔，所述凹軸中部開有一個(gè)槽，所述凸軸一側(cè)有與凹軸中部開的槽相應(yīng)的切口，凹軸與凸軸先后插入所述安裝孔和所述通孔中，凹軸與凸軸在填充塊中相互正交相互鎖緊，填充塊上安裝有兩個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)，其特征是所述兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為:在填充塊的兩個(gè)垂直端面上分別安裝腱線導(dǎo)軌，以腱驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)，其特征是所述兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為:在填充塊的兩個(gè)垂直端面中的一個(gè)端面上安裝腱線導(dǎo)軌，在另一個(gè)端面上安裝齒輪，分別以腱驅(qū)動(dòng)與齒輪驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)，其特征是所述兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為:在填充塊的兩個(gè)垂直端面上分別安裝齒輪，以齒輪驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度驅(qū)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)，其特征是所述的凸軸與凹軸在非配合端有一配合切口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的拼裝式通用機(jī)器人萬(wàn)向關(guān)節(jié)，其特征是所述的凸軸與凹軸配合切口前部有一為便于安裝的錐面。
【文檔編號(hào)】B25J17/02GK103624798SQ201310697618
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】李冰, 李文強(qiáng), 趙勁中, 劉陽(yáng), 王瀟楠, 湯云龍, 韓飛, 黃俊源, 王藝謀, 任化龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)