一種磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的設計方法
【專利摘要】磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的【技術領域】，是屬于機械制造、智能控制、機器人技術、自動化控制、電磁【技術領域】，技術的主要內容是把磁保持并行步進旋轉盤和磁保持并行步進驅動器結合在一起，構成一個既能旋轉又可以伸縮的機械關節(jié)，磁保持并行步進旋轉盤和磁保持并行步進驅動器的驅動單元都是有單元磁保持驅動器構成，所以能并行執(zhí)行，只需一個脈沖的時間就可以旋轉到要到達的角度，同時伸縮到需要的長度。
【專利說明】一種磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的設計方法
【技術領域】
[0001]磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的【技術領域】，是屬于機械制造.智能控制.機器人技術.自動化控制.電磁【技術領域】，技術的主要內容是把磁保持并行步進旋轉盤和磁保持并行步進驅動器結合在一起，構成一個既能旋轉又可以伸縮的機械關節(jié)，磁保持并行步進旋轉盤和磁保持并行步進驅動器的驅動單元都是有單元磁保持驅動器構成，所以能并行執(zhí)行，只需一個脈沖的時間就可以旋轉到要到達的角度，同時伸縮到需要的長度。
【背景技術】
[0002]隨著機器人的空前發(fā)展，機器人在人類的各行各業(yè)多漸漸的出現，機器人對人類的影響越來越重要，隨著機器人成本不斷的降低，機器人會很快普及到各行各業(yè)，其實機器人已經發(fā)展到國和國之間的生死存亡的激烈競爭，隨著機器人的發(fā)展一般的勞力勞動都會被機器人代替，如果發(fā)生戰(zhàn)爭，上戰(zhàn)場的多是機器人，機器人比人有很多的優(yōu)越性，由于關系到國家的生死存亡，機器人會得到快速的發(fā)展，當然機械關節(jié)是機器人制造的關鍵部件，關節(jié)的驅動極為重要，現在機器人關節(jié)的驅動方式有液壓式、氣動式和電動式。1、液壓驅動機器人的驅動系統采用液壓驅動，有以下幾個優(yōu)點:(1)液壓容易達到較高的壓力，可以獲得較大的推力或轉矩；(2)液壓系統介質的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；(3)液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現自動控制；(4)液壓系統采用油液作介質，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機械效率，使用壽命長。缺點是:(1)油液的黏度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險；(2)液體的泄漏難于克月艮，要求液壓元件有較高的精度和質量，故造價較高；(3)需要相應的供油系統，尤其是電液伺服系統要求嚴格的濾油裝置，否則會引起故障。液壓驅動方式的輸出力和功率大，能構成伺服機構，常用于大型機器人關節(jié)的驅動。2、氣壓驅動與液壓驅動相比，氣壓驅動的特點是:(1)壓縮空氣黏度小，容易達到高速；(2)利用工廠集中的空氣壓縮機站供氣，不必添加動力設備；(3)空氣介質對環(huán)境無污染，使用安全，可應用于高溫作業(yè)；(4)氣動元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低。缺點是:(I)壓縮空氣常用壓力為0.4?0.6MPa，若要獲得較大的力，其結構就要相對增大；(2)空氣壓縮性大,工作平穩(wěn)性差,速度控制困難,要達到準確的位置控制很困難；(3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當會使鋼類零件生銹，導致機器人失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。氣動式驅動多用于開頭控制和順序控制的機器人。3、電動機驅動電動機驅動可分為普通交流電動機驅動，交、直流伺服電動機驅動和步進電動機驅動。普通交、直流電動機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人。伺服電動機和步進電動機輸出力矩相對小，控制性能好，可實現速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人。交、直流伺服電動機一般用于閉環(huán)控制系統，而步進電動機則主要用于開環(huán)控制系統，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。但上面3種驅動都存在共同的不足，1.反應速度慢，2.耗電大或耗油多，3.體積大，4.重量太重，5靈活性差，6.結構復雜，7.精度一般，8.控制難度大，并且現在的機器人的關節(jié)比較單一，有的只能轉到，有的只能推動，不像人的關節(jié)那樣靈活。根本無法滿足高端技術的要求，更不要說滿足智能機器人的設計要求，所以我們必須發(fā)明新的技術來滿足高端智能機器人的關節(jié)要求。

【發(fā)明內容】

[0003]由于現在的機械關節(jié)存在很多的弊端，還沒有制造出像人手一樣的機器手，其中一個重要原因是關節(jié)問題，我們發(fā)明的磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)，在這個關節(jié)上它不但會旋轉，并且可以伸縮到需要的長度，也就是說這個關節(jié)可以轉動到某個角度，同時可以伸縮到需要的長度，并且這個關節(jié)的驅動是通過磁保持技術驅動，它是并行驅動的，它的驅動是離散的，也就是說由一步一步組成的驅動系統，所以只有花費一個電脈沖的時間，就把轉動的角度和伸縮到需要的長度同時完成，世界上還沒有發(fā)明出比這樣更快的機械速度，并且它耗電小，因為只要給它一個脈沖電流，不要持續(xù)供電，所以大大的增加了機器人的電池的使用時間，并且它體積小，重量輕，靈活性好，結構比較簡單，精度高，控制簡單靈活，其特征是，磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的推動單元是單元磁保持驅動器，單元磁保持驅動器具有給它一個正向脈沖電流，它就會向外推進，給它一個反向脈沖電流，它就會縮進，把它們按需求的個數首尾連接起來，排成直線，裝上外殼和其他的構件就構成磁保持并行步進驅動器，這樣就可以按照需求的長度，推進或收縮多少個單元磁保持驅動器，就能達到所需長度，磁保持并行步進旋轉盤的設計方法是第一條的橫桿和中心軸是固定死的，其他的橫桿都是對中心軸是活動的，最后的橫桿是和圓盤是固定死的，單元磁保持驅動器是安裝在兩根橫桿中間，每兩根相隔的橫桿中間都安上一個單元磁保持驅動器，根據設備的需求安多少個，這樣給其中任何一個單元磁保持驅動器一個正向脈沖電流，單元磁保持驅動器的驅動軸就會向前推進，驅動軸就會推動前面的橫桿，橫桿就會旋轉一個角度，如果同時給每一個單元磁保持驅動器正向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉盤就給出最大的旋轉角，如果同時給每一個單元磁保持驅動器一個反向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉盤給出最小的角度，當你需要多大的旋轉角，就啟動多少個單元磁保持驅動器，每一個單元磁保持驅動器的行程定義為一步，也就是旋轉的最小單元角。把上面的磁保持并行步進旋轉盤和磁保持并行步進驅動器固定在一起，固定方法是，把磁保持并行步進驅動器固定在磁保持并行步進旋轉盤的旋轉盤上，并且固定死的，這樣就構成一個既可旋轉又可以伸縮的關節(jié)，這樣的關節(jié)只需一個脈沖的時間，就可以同時完成需要旋轉的角度和伸縮的長度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1是磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的結構結合圖，a代表是磁保持并行步進旋轉盤，b代表磁保持并行步進驅動器，b是固定在a的旋轉盤上，并且是固定死的。圖2是磁保持并行步進旋盤的結構圖，1.代表旋轉盤，2.代表第I條橫桿它是和中心軸連接死的，也可以當外部連接的固定桿，3和4代表活動的橫桿，它可以繞中心軸旋動，5是代表最后一條橫著，它也可以繞中心軸旋動，并且它是和旋轉盤固定在一起的，6是代表活動桿上面的軸承，他是套在中心軸上，一根橫桿連接一個軸承，如果有η條橫桿，就有η-1個軸承，7是代表中心軸，8.9.10.代表單兀鐵芯磁保持驅動器,11代表最后的橫桿和旋轉盤的固定點。圖3是磁保持并行步進驅動器，I代表外殼，2代表后一個單元磁保持驅動器的驅動軸連接到前一個單元磁保持驅動器的后面，并且是連接死的，3代表最前面的單元磁保持驅動器的驅動軸，是穿過外殼對外做功的，4代表線圈，是繞在單元磁保持驅動器的里面的殼和單元磁保持驅動器的外殼之間，5代表最后一個單元磁保持驅動器和外殼是連接的，并且是連死的,6.7.8.9.10是代表單元磁保持驅動器,這里是按設計需求安多少個單元磁保持驅動器，不一定是五個，11.12.13.14.15.16.17.18.19.20是代表線圈的引線，圖4是代表單元磁芯磁保持驅動器的結構圖，I是代表單元磁芯磁保持驅動器的外殼，2是代表單元磁芯磁保持驅動器的內殼，3.4代表鐵片，5是代表磁芯，6是代表線圈，7是代表驅動軸，8.9是線圈的引線，S.N代表磁鐵的極性。圖5是單元鐵芯磁保持驅動器的結構圖，I是代表單元鐵芯磁保持驅動器的外殼，2是代表單兀鐵芯磁保持驅動器的內殼,3.4代表磁鐵,5是代表鐵芯,6是代表線圈，7是代表驅動軸，8.9是線圈的引線，S.N代表磁鐵的極性。圖4和圖5是2種單元驅動器的不同設計方法，都可以作為單元驅動器使用。
[0005]實施方法
磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)是要在處理器和編碼器的作用下工作的，當處理器給磁保持并行步進驅動器里面的某一個單元磁保持驅動器一個正向脈沖電壓，或給磁保持并行步進旋轉盤上的單元磁保持驅動器一個正向脈沖電壓，通過外圍的電路，就會給這個單元磁保持驅動器一個正向脈沖電流，這個單元磁保持驅動器就會向前推進，編碼器就會記錄這個單元磁保持驅動器的狀態(tài)，當處理器給磁保持并行步進驅動器里面的某一個單元磁保持驅動器一個反向電壓，或給磁保持并行步進旋轉盤上的單元磁保持驅動器一個反向脈沖電壓，通過外圍的電路，就會給這個單元磁保持驅動器一個反向脈沖電流，這個單元磁保持驅動器就會向后縮進，編碼器就會記錄這個單元磁保持驅動器的狀態(tài)，，并且每個單元磁保持驅動器的前端或后端安上傳感器，傳感器的作用是感知到單元磁保持驅動器的狀態(tài)是推進狀態(tài)還是收縮狀態(tài)，這樣處理器讀取編碼器的數據或根據傳感器的信息都可以知道當前磁保持并行步進驅動器里面的每一個單元磁保持驅動器的狀態(tài)和磁保持并行步進旋轉盤上每個單元磁保持驅動器的驅動器狀態(tài)，當按照運動需要，要旋轉的角度和伸縮的長度時，處理器就會根據目前編碼器或傳感器的狀態(tài)，就會馬上作出決定，推出或收縮磁保持并行步進驅動器里面的單元磁保持驅動器推出狀態(tài)多少個或收縮狀態(tài)多少個，同時推出或收縮磁保持并行步進旋轉盤上的單元磁保持驅動器推出狀態(tài)多少個或收縮狀態(tài)多少個，把磁保持并行步進驅動器固定在磁保持并行步進旋轉盤的旋轉盤上，并且是固定死的，這樣就可以構成一個磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)，它可以在旋轉的同時，可以伸縮到需要的長度，完成所有這樣的復雜動作，總共只需花費一個脈沖的時間，速度之快是現在任何其他設備不能達到的。
【權利要求】
1.一種磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的設計方法，其特征是，磁保持并行步進旋轉伸縮關節(jié)的推動單元是單元磁保持驅動器，單元磁保持驅動器具有給它一個正向脈沖電流，它就會向外推進，給它一個反向脈沖電流，它就會縮進，把它們按需求的個數首尾連接起來，排成直線，裝上外殼和其他的構件就構成磁保持并行步進驅動器，這樣就可以按照需求的長度，推進或收縮多少個單元磁保持驅動器，就能達到所需長度，磁保持并行步進旋轉盤的設計方法是第一條的橫桿和中心軸是固定死的，其他的橫桿都是對中心軸是活動的，最后的橫桿是和旋轉盤是固定死的，單元磁保持驅動器是安裝在兩根橫桿中間，每兩根相隔的橫桿中間都安上一個單兀磁保持驅動器，根據設備的需求安多少個，這樣給其中任何一個單元磁保持驅動器一個正向脈沖電流，單元磁保持驅動器的驅動軸就會向前推進，驅動軸就會推動前面的橫桿，橫桿就會旋轉一個角度，如果同時給每一個單元磁保持驅動器正向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉盤就給出最大的旋轉角，如果同時給每一個單元磁保持驅動器一個反向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉盤給出最小的角度，當你需要多大的旋轉角，就啟動多少個單元磁保持驅動器，每一個單元磁保持驅動器的行程定義為一步，也就是旋轉的最小單元角，把上面的磁保持并行步進旋轉盤和磁保持并行步進驅動器固定在一起，固定方法是，把磁保持并行步進驅動器固定在磁保持并行步進旋轉盤的旋轉盤上，并且固定死的，這樣就構成一個既可旋轉又可以伸縮的關節(jié)，這樣的關節(jié)只需一個脈沖的時間，就可以同時完成需要旋轉的角度和伸縮的長度。
【文檔編號】B25J17/02GK103475287SQ201310435414
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】胡明建 申請人:胡明建