專利名稱：雙自由度機器人踝關(guān)節(jié)舵機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙自由度機器人踝關(guān)節(jié)舵機。
背景技術(shù)：
隨著機器人的不斷發(fā)展，機器人與人的交互越來越密切，從傳統(tǒng)的工業(yè)環(huán)境慢慢向人類的生活起居靠近。 機器人根據(jù)仿生學(xué)原理，其運動模仿人類通過關(guān)節(jié)實現(xiàn)。每個關(guān)節(jié)在可實現(xiàn)準(zhǔn)確控制的基礎(chǔ)上，與人的各個關(guān)節(jié)自由度保持一致。人體各個主要活動關(guān)節(jié)處的自由度不盡相同。傳統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)為實現(xiàn)多自由度的運動，通常采用兩組結(jié)構(gòu)上獨立的動力裝置，每組分別提供一個自由度，關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，慣性大，動態(tài)響應(yīng)性差，重構(gòu)型差，裝配復(fù)雜，不便維護。為解決上述問題，目前已研制出多種慣性小，動態(tài)響應(yīng)較快，結(jié)構(gòu)也相對較簡單的驅(qū)動裝置。中國專利N201736231U，機器人腕關(guān)節(jié)。該關(guān)節(jié)是一個二自由度轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)。U形件的U形上部通過第一組同軸轉(zhuǎn)動副鉸鏈與環(huán)形件相連；拔桿的中部固聯(lián)在手掌連接件的一端，拔桿的兩端通過第二組同軸轉(zhuǎn)動副鉸鏈與環(huán)形件相連；手掌連接件通過轉(zhuǎn)動副鉸鏈與手掌幾座相聯(lián)，手掌幾座通過第三組同軸轉(zhuǎn)動副鉸鏈與腕關(guān)節(jié)基座相連。機器人手掌與所述手掌連接件的另一端相聯(lián)。盡管該實用新型結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快，并且也一定程度上改進了以往的并聯(lián)機構(gòu)工藝性差的特點，但由于其本身結(jié)構(gòu)的限制并不具有良好的重構(gòu)性。美國專利US007429844B2，機器人用伺服模塊和關(guān)節(jié)伺服。該發(fā)明設(shè)計了兩種成L型的伺服模塊，在機器人的不同關(guān)節(jié)處，通過第三方連接件進行組合以實現(xiàn)不同的自由度。該發(fā)明重構(gòu)性好，裝配簡單也易于維護。但由于其結(jié)構(gòu)特點，機體慣性較大，動態(tài)響應(yīng)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有機器人雙自由度關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置的不足，提供一種采用雙電機交錯布置的雙自由度機器人踝關(guān)節(jié)舵機。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明由設(shè)置在殼體內(nèi)呈十字交叉的X向驅(qū)動機構(gòu)、Y向驅(qū)動機構(gòu)組成。所述的X向驅(qū)動機構(gòu)包括X向端蓋、X向齒輪減速機構(gòu)、X向角度傳感器、X向電機、X向電機端蓋。X向電機輸出軸上固定連接有電機齒輪，X向電機置于殼體內(nèi)，由X向電機端蓋通過X向端蓋螺釘進行定位；X向齒輪減速機構(gòu)包括X向第一齒輪、X向第二齒輪、X向第一心軸、X向第二心軸和X向輸出齒輪。
所述的X向電機齒輪與X向第一齒輪的大齒輪嚙合，X向第一齒輪的小齒輪與X向第二齒輪的大齒輪嚙合，X向第二齒輪的小齒輪與X向輸出齒輪嚙合；所述的X向第一齒輪和X向第二齒輪分別由X向第一心軸和X向第二心軸穿過并固定在X向殼體中。所述的X向輸出齒輪的上端穿過X向輸出軸上軸承和X向端蓋作為X向驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動軸；x向輸出齒輪的下端穿過置于殼體中的X向輸出軸下軸承和X向角度傳感器；所述的X向角度傳感器通過螺釘固定在殼體內(nèi)部。所述的Y向驅(qū)動機構(gòu)包括Y向端蓋、Y向齒輪減速機構(gòu)、Y向角度傳感器、Y向電機、Y向電機端蓋；Y向驅(qū)動機構(gòu)與X向驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)相同?？刂齐娐钒逯糜跉んw內(nèi)部，通過螺釘固定，用以控制電機。本發(fā)明的有益效果通過將兩個電機內(nèi)置于一個舵機之中，實現(xiàn)一個舵機提高兩個方向的輸出，大大減小了傳統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)利用第三方連接件實現(xiàn)兩個方向輸出所占的空 間，使得關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)更加緊湊，慣性更小，動態(tài)性能更優(yōu)。


圖I為舵機外型示意 圖2為舵機裝配爆炸 附圖中1.Χ向端蓋螺釘、2. X向端蓋、3. X向第二齒輪、4. X向輸出軸上軸承、5. X向輸出軸、6. X向第二心軸、7. X向第一齒輪、8. X向輸出軸下軸承、9. X向第一心軸、10. X向固定螺釘、11. X向角度傳感器、12.殼體、13.控制電路板、14. Y向角度傳感器、15. Y向底蓋、16. Y向角度傳感器螺釘、17.控制電路板螺釘、18. Y向底蓋螺釘、19. Y向電機、20. Y向電機端蓋、21. Y向電機端蓋螺釘、22. Y向頂蓋螺釘、23. Y向頂蓋、24. Y向第二心軸、25. Y向第二齒輪、26. Y向第一心軸、27. Y向第一齒輪、28. Y向輸出軸上軸承、29. Y向輸出齒輪、30. Y向輸出軸下軸承、31. X向電機、32. X向電機端蓋、33. X向電機端蓋螺釘。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖I和圖2所示，舵機由X向端蓋螺釘1、Χ向端蓋2、Χ向第二齒輪3、Χ向輸出軸上軸承4、Χ向輸出齒輪5、Χ向第二心軸6、Χ向第一齒輪7、Χ向輸出軸下軸承8、Χ向第一心軸9、X向固定螺釘10、X向角度傳感器11、殼體12、控制電路板13、Y向角度傳感器14、Y向底蓋15、Y向角度傳感器螺釘16、控制電路板螺釘17、Y向底蓋螺釘18、Y向電機19、Y向電機端蓋20、Y向電機端蓋螺釘21、Υ向頂蓋螺釘22、Y向頂蓋23、Υ向第二心軸24、Y向第二齒輪25、Y向第一心軸26、Y向第一齒輪27、Y向輸出軸上軸承28、Y向輸出齒輪29、Y向輸出軸下軸承30、X向電機31、X向電機端蓋32、X向電機端蓋螺釘33組成。所述的X向端蓋螺釘I、X向端蓋2、Y向底蓋15、Y向底蓋螺釘18、Y向電機端蓋20、Y向電機端蓋螺釘21、Y向頂蓋螺釘22、Y向頂蓋23、X向電機端蓋32、X向電機端蓋螺釘33組成一個封閉空間。在該封閉空間內(nèi)設(shè)置有Χ向第二齒輪3、X向輸出軸上軸承4、X向輸出齒輪5、X向第二心軸6、Χ向第一齒輪7、Χ向輸出軸下軸承8、Χ向第一心軸9、Χ向固定螺釘10、Χ向角度傳感器11、殼體12、控制電路板13、Y向角度傳感器14、Y向角度傳感器螺釘16、控制電路板螺釘17、Y向電機19、Y向第二心軸24、Y向第二齒輪25、Υ向第一心軸26、Y向第一齒輪27、Y向輸出軸上軸承28、Y向輸出齒輪29、Y向輸出軸下軸承30、X向電機31。所述的X向電機31輸出軸固定連接有電機齒輪，其中X向電機31通過X向電機端蓋32經(jīng)由X向電機端蓋螺釘33固定在殼體12內(nèi)的一個桶型結(jié)構(gòu)內(nèi)；所述的Y向電機C16輸出軸固定連接有電機齒輪，其中Y向電機19通過Y向電機端蓋20經(jīng)由Y向電機端蓋螺釘21固定在殼體12內(nèi)的一個桶型結(jié)構(gòu)內(nèi)。所述的X向第一齒輪7和X向第二齒輪3通過X向第一心軸9和X向第二心軸9固定在殼體12相應(yīng)位置；所述的X向輸出齒輪5通過X向輸出軸上軸承4、Χ向輸出軸下軸承8固定在殼體12相應(yīng)位置。所述的Y向第一齒輪27和Y向第二齒輪25通過Y向第一心軸26和Y向第二心 軸24固定在殼體12相應(yīng)位置；所述的Y向輸出齒輪29通過Y向輸出軸上軸承28、Y向輸出軸下軸承30固定在殼體12相應(yīng)位置。所述的X向輸出齒輪5的下方連接有X向角度傳感器11，所述的Y向輸出齒輪29的下方連接有Y向角度傳感器14，所述的X向角度傳感器11、Υ向角度傳感器14與控制電路板13相連，將角度信號反饋至控制電路板13 ;所述的控制電路板13通過控制電路板螺釘17固定在Y向角度傳感器14上方。舵機工作方式如下
機體主控芯片發(fā)出控制信號傳輸?shù)娇刂齐娐钒?3，要求X、Y向分別輸出兩個角度，控制電路板13經(jīng)過處理，對電機進行控制，X向電機31與Y向電機19分別在一定的時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)不同的角度。電機啟動后，通過上述的動力傳輸路線，即電機通過齒輪減速機構(gòu)，將動力傳遞至輸出軸。之后將輸出軸的角度經(jīng)由角度傳感器反饋至控制電路板。由控制電路板進行反饋控制調(diào)整達到相應(yīng)的精度。
權(quán)利要求
1.雙自由度機器人踝關(guān)節(jié)舵機，由設(shè)置在殼體內(nèi)呈十字交叉的X向驅(qū)動機構(gòu)、Y向驅(qū)動機構(gòu)組成，其特征在干 所述的X向驅(qū)動機構(gòu)包括X向端蓋、X向齒輪減速機構(gòu)、X向角度傳感器、X向電機、X向電機端蓋； X向電機輸出軸上固定連接有電機齒輪，X向電機置于殼體內(nèi)，由X向電機端蓋通過X向端蓋螺釘進行定位；x向齒輪減速機構(gòu)包括X向第一齒輪、X向第二齒輪、X向第一心軸、X向第二心軸和X向輸出齒輪； 所述的X向電機齒輪與X向第一齒輪的大齒輪哨合，X向第一齒輪的小齒輪與X向第ニ齒輪的大齒輪嚙合，X向第二齒輪的小齒輪與X向輸出齒輪嚙合；所述的X向第一齒輪和X向第二齒輪分別由X向第一心軸和X向第二心軸穿過并固定在X向殼體中； 所述的X向輸出齒輪的上端穿過X向輸出軸上軸承和X向端蓋作為X向驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動軸；X向輸出齒輪的下端穿過置于殼體中的X向輸出軸下軸承和X向角度傳感器；所述的X向角度傳感器通過螺釘固定在殼體內(nèi)部； 所述的Y向驅(qū)動機構(gòu)包括Y向端蓋、Y向齒輪減速機構(gòu)、Y向角度傳感器、Y向電機、Y向電機端蓋；Y向驅(qū)動機構(gòu)與X向驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)相同； 控制電路板置于殼體內(nèi)部，通過螺釘固定，用以控制電機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙自由度機器人踝關(guān)節(jié)舵機。現(xiàn)有的機器人踝關(guān)節(jié)舵機多為單軸輸出，即只能為機器人提供一個自由度。本發(fā)明包括端蓋、殼體。端蓋和殼體通過螺釘連接，形成一個封閉空間。在該封閉空間內(nèi)設(shè)置有電機、電機齒輪、減速機構(gòu)、軸承、控制電路板、角度傳感器等。電機齒輪與減速機構(gòu)輸入齒輪嚙合，減速機構(gòu)輸出軸輸出動力。在輸出軸處設(shè)置有角度傳感器。本發(fā)明通過在同一封閉空間內(nèi)設(shè)置兩個電機，通過殼體中設(shè)置的齒輪傳動機構(gòu)，將動力向兩個方向同時輸出；通過內(nèi)部設(shè)置的控制電路板和角度傳感器可分別對兩個方向的輸出角度進行控制。使得機器人舵機有提供兩個自由度的能力。
文檔編號B25J17/02GK102862167SQ20121036151
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者周建軍, 林阿斌, 張亞平, 傅丹丹 申請人:杭州電子科技大學(xué)