本發(fā)明涉及一種機器人技術(shù)，尤其是一種機器人手腕結(jié)構(gòu)，具體地說是一種三自由度完全垂直且完全解耦、導線和光纖穿裝方便不會纏繞和干涉運動的基于中空超聲電機且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機器人手腕。

背景技術(shù)：

超聲電機突破了傳統(tǒng)電機的概念，它沒有磁鋼和繞組，不依靠電磁感應(yīng)傳遞能量，是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，通過壓電陶瓷的伸縮振動模式的轉(zhuǎn)換與耦合以及特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運動。超聲電機具有低速大扭矩的特點，可直接驅(qū)動負載，無需齒輪箱進行降速以提高輸出扭矩，結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，可方便地設(shè)計成中空形式。

現(xiàn)有機器人手腕一般采用電磁電機驅(qū)動，為實現(xiàn)三個相互垂直方向的運動，往往首先采用類似皮帶輪的線傳動，進行扭矩的提升，然后采用錐齒輪進行轉(zhuǎn)動方向的變換，或者選用萬向接頭進行傳動方向的變換，這些不僅使得手腕整體的體積較大，重量較重，而且線傳動的鋼絲松弛和齒輪傳動的間隙都會影響控制精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有機器人手腕結(jié)構(gòu)復雜，體積大、重量重、控制精度難以提高的問題，設(shè)計一種三自由度完全垂直且完全解耦、導線和光纖穿裝方便不會纏繞和干涉運動的基于中空超聲電機且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機器人手腕。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于中空超聲電機且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機器人手腕，其特征是它包括三個中空超聲電機、五個聯(lián)接環(huán)，兩個波紋管，所述的聯(lián)接環(huán)用于聯(lián)接一個中空超聲電機的轉(zhuǎn)子和另一個中空超聲電機的底座，亦可用于聯(lián)接中空超聲電機的底座和波紋管。

手腕的三個自由度相互垂直且完全解耦，手腕內(nèi)部可以穿過導線和光纖。

靠近手臂的兩個自由度可實現(xiàn)大于180°往復擺動，末端自由度可實現(xiàn) 360°旋轉(zhuǎn)。

第一中空超聲電機的底座一端通過聯(lián)接環(huán)可與手臂部件相連，第一中空超聲電機的軸線轉(zhuǎn)向與手臂的縱軸線垂直。

第一中空超聲電機的轉(zhuǎn)子通過支架與第二中空超聲電機的底座連接，第一中空超聲電機的底座一端與第二中空超聲電機的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導線和光纖。

第二中空超聲電機的轉(zhuǎn)子通過支架與第三中空超聲電機的底座連接，第二電機的底座一端與第三電機的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導線和光纖。

中空超聲電機上的接口結(jié)構(gòu)和波紋管的接口結(jié)構(gòu)均采用凸臺環(huán)形式，聯(lián)接環(huán)的構(gòu)型是凹環(huán)。

三個中空超聲電機中的第一中空超聲電機4的第一底座11相對的兩側(cè)面上分別設(shè)有第一環(huán)形凸臺41和第二環(huán)形凸臺42，所述的第一環(huán)形凸臺41通過第一聯(lián)接環(huán)2與機器人的手臂部件1上的環(huán)形凸臺相連，第二環(huán)形凸臺42通過第二聯(lián)接環(huán)5與第一波紋管8一端的環(huán)形凸臺相連，第一波紋管8的另一端通過第三聯(lián)接環(huán)6與第二中空電機11的第二底座10上的第三環(huán)形凸臺21相連，第二中空超聲電機11的第二底座10上與第三環(huán)形凸臺21相對的另一面設(shè)有第四環(huán)形凸臺22，該第四環(huán)形凸臺22與第二波紋管16一端的環(huán)形凸臺通過第四聯(lián)接環(huán)14相連，所述第二波紋管16的另一端的環(huán)形凸臺通過第五聯(lián)接環(huán)15與第三中空超聲電機20的第三底座18連接的第三中空電機的連接板17上的第五環(huán)形凸臺31相連；所述的第一中空超聲電機4的第一中空轉(zhuǎn)子41的兩端均通過相應(yīng)的第一支架7與第二中空超聲電機11和第一底座10相連，第二中空超聲電機11的第二中空超聲轉(zhuǎn)子12的兩端分別通過各自的第二支架13與第三中空超聲電機20的第三底座18相連。

第三中空超聲電機20與第二波紋管16相連的一端上安裝有第三中空超聲電機轉(zhuǎn)接板17，在所述的第三中空超聲電機轉(zhuǎn)接板17上設(shè)有與第二波紋管16連接用的第五環(huán)形凸臺31。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明由于采用超聲電機，避免了齒輪和鋼絲存在的問題，電機的中空結(jié)構(gòu)，可以使得手腕內(nèi)部可以穿過導線和光纖，聯(lián)接環(huán)的結(jié)構(gòu)使得手腕更加緊湊。

本發(fā)明首次創(chuàng)造性地將中空超聲電機應(yīng)用于機器人手腕控制中，不僅擴大了其應(yīng)用范圍，而且對提高機器人手腔的靈活性、減小體積、重量，提高控制精度有著十分重要的意義。

本發(fā)明克服傳統(tǒng)觀念束縛，通過對中空超聲電機連接方式的改變擴大了其應(yīng)用范圍。

本發(fā)明使用三個中空超聲電機構(gòu)成內(nèi)部可穿導線和光纖, 靠近手臂的兩個自由度可實現(xiàn)大于180°往復擺動，末端一個自由度可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的波紋管內(nèi)部可穿過導線和光纖，手腕的三個自由度相互垂直，運動完全解耦，手腕內(nèi)部不存在會產(chǎn)生運動間隙的齒輪傳動和產(chǎn)生松弛的線傳動，易于控制，結(jié)構(gòu)緊湊，易于微小型化。

本發(fā)明中波紋管一方面可以起到防止導線和光纖外露，另一方面它的伸縮性和延展性不影響相關(guān)自由度的擺動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中第一中空超聲電機的結(jié)構(gòu)示意圖（含導線和光纖的走向）。

圖3為本發(fā)明中第二中空超聲電機的結(jié)構(gòu)示意圖（含導線和光纖的走向）。

圖4為本發(fā)明中第三中空超聲電機的結(jié)構(gòu)示意圖（含導線和光纖的走向）。

圖5為本發(fā)明中聯(lián)接環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、手臂部件，2、第一聯(lián)接環(huán)，3、第一中空超聲電機的底座，4、第一中空超聲電機，5、第二聯(lián)接環(huán)，6、第三聯(lián)接環(huán)，7、第一支架，8、第一波紋管，9、導線和光纖，10、第二中空超聲電機的底座，11、第二中空超聲電機，12、第二中空超聲電機的轉(zhuǎn)子，13、第二支架，14、第四聯(lián)接環(huán)，15、第五聯(lián)接環(huán)，16、第二波紋管，17、第三中空超聲電機的轉(zhuǎn)接板18、第三中空超聲電機的底座，19、第三中空超聲電機的轉(zhuǎn)子，20、第三中空超聲電機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1-5所示。

一種基于中空超聲電機且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機器人手腕，它包括三個中空超聲電機4、11、20（如圖2、3、4）、五個聯(lián)接環(huán)2、5、6、14、15（如圖5），兩個波紋管8、16，如圖1所示，所述的聯(lián)接環(huán)用于聯(lián)接一個中空超聲電機的轉(zhuǎn)子和另一個中空超聲電機的底座，亦可用于聯(lián)接中空超聲電機的底座和波紋管。由圖1可看出，手腕的三個自由度相互垂直且完全解耦，手腕內(nèi)部可以穿過導線和光纖9?？拷直鄣膬蓚€自由度可實現(xiàn)大于180°往復擺動，末端自由度可實現(xiàn) 360°旋轉(zhuǎn)。第一中空超聲電機的底座一端通過聯(lián)接環(huán)可與手臂部件相連，第一中空超聲電機的軸線轉(zhuǎn)向與手臂的縱軸線垂直。第一中空超聲電機的轉(zhuǎn)子通過支架與第二中空超聲電機的底座連接，第一中空超聲電機的底座一端與第二中空超聲電機的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導線和光纖。第二中空超聲電機的轉(zhuǎn)子通過支架與第三中空超聲電機的底座連接，第二電機的底座一端與第三電機的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導線和光纖。中空超聲電機上的接口結(jié)構(gòu)和波紋管的接口結(jié)構(gòu)均采用凸臺環(huán)形式，聯(lián)接環(huán)的構(gòu)型是凹環(huán)。

如圖1所示，三個中空超聲電機中的第一中空超聲電機4的第一底座11相對的兩側(cè)面上分別設(shè)有第一環(huán)形凸臺41和第二環(huán)形凸臺42，所述的第一環(huán)形凸臺41通過第一聯(lián)接環(huán)2與機器人的手臂部件10上的環(huán)形凸臺相連，第二環(huán)形凸臺42通過第二聯(lián)接環(huán)5與第一波紋管8一端的環(huán)形凸臺相連，第一波紋管8的另一端通過第三聯(lián)接環(huán)6與第二中空電機11的第二底座1上的第三環(huán)形凸臺21相連，第二中空超聲電機11的第二底座10上與第三環(huán)形凸臺21相對的另一面設(shè)有第四環(huán)形凸臺22，該第四環(huán)形凸臺22與第二波紋管16一端的環(huán)形凸臺通過第四聯(lián)接環(huán)14相連，所述第二波紋管16的另一端的環(huán)形凸臺通過第五聯(lián)接環(huán)15與第三中空超聲電機20的第三底座18連接的第三中空電機的連接板17上的第五環(huán)形凸臺31相連；所述的第一中空超聲電機4的第一中空轉(zhuǎn)子41的兩端均通過相應(yīng)的第一支架7與第二中空超聲電機11和第一底座10相連，第二中空超聲電機11的第二中空超聲轉(zhuǎn)子12的兩端分別通過各自的第二支架13與第三中空超聲電機20的第三底座18相連。第三中空超聲電機20與第二波紋管16相連的一端上安裝有第三中空超聲電機轉(zhuǎn)接板17，在所述的第三中空超聲電機轉(zhuǎn)接板17上設(shè)有與第二波紋管16連接用的第五環(huán)形凸臺31。

詳述如下：

第一中空超聲電機的底座3側(cè)面一端的環(huán)形凸臺與手部部件1上的環(huán)形凸臺相接觸，對準后用第一聯(lián)接環(huán)2進行連接，第一中空超聲電機4的轉(zhuǎn)軸與手部部件1的軸線垂直，第一中空超聲電機4的中空轉(zhuǎn)子的上下端面通過螺紋與第一支架7連接，第一支架7的另一端與第二中空超聲電機的底座10通過螺紋連接，第一中空超聲電機的底座3的另側(cè)面一端上的環(huán)形凸臺與第一波紋管8的凸臺相接觸，對準后用第二聯(lián)接環(huán)5將第一中空超聲電機的底座3和第一波紋管8進行連接，第一波紋管8另一端的環(huán)形凸臺與第二中空超聲電機的底座10一端的凸臺相接觸，對準后用第三聯(lián)接環(huán)6將第二中空超聲電機的底座10和第一波紋管8進行連接，第一波紋管8內(nèi)部可穿過導線和光纖，第二中空超聲電機的中空轉(zhuǎn)子12的上下端面通過螺紋與第二支架13連接，第二支架13的另一端與第三中空超聲電機的底座18通過螺紋連接，第二中空超聲電機的底座10的另側(cè)面一端上的環(huán)形凸臺與第二波紋管16的凸臺相接觸，對準后用第四聯(lián)接環(huán)14將第三中空超聲電機的底座10和第二波紋管16進行連接，第二波紋管16另一端的環(huán)形凸臺與第三中空超聲電機的轉(zhuǎn)接板17上的凸臺相接觸，對準后用第五聯(lián)接環(huán)15將第三中空超聲電機的轉(zhuǎn)接板17和第二波紋管16進行連接，第二波紋管16內(nèi)部可穿過導線和光纖；第一中空超聲電機4的旋轉(zhuǎn)軸線、第二中空超聲電機11的旋轉(zhuǎn)軸線、第三中空超聲電機20的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直，第一中空超聲電機4和第二中空超聲電機11的旋轉(zhuǎn)軸線可實現(xiàn)大于180°的往復擺動，第三中空超聲電機20的旋轉(zhuǎn)軸線可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)；第三中空超聲電機的中空轉(zhuǎn)子19上的螺紋孔用以連接機器人的手部；與手部相連的導線和光纖9可以從第三中空超聲電機的中空轉(zhuǎn)子19穿過，經(jīng)第二波紋管16內(nèi)部進入第二中空超聲電機11，穿過第二中空超聲電機的底座10的內(nèi)部，進入第一波紋管8內(nèi)部，進而進入第一中空超聲電機的底座3內(nèi)部，最后可進入手臂部件1；第二中空超聲電機11和第三中空超聲電機20的各自導線如同導線和光纖9一樣順次進入機器人的機械臂，第一中空超聲電機4導線從第一超聲電機的底座3直接進入機器人的機械臂。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。