一種仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)過(guò)載保護(hù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是涉及一種仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)過(guò)載保護(hù)裝置，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，機(jī)器人的發(fā)展突飛猛進(jìn)，尤其是服務(wù)性機(jī)器人的發(fā)展越來(lái)越受重視，如何提 高機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力和安全交互性一直是國(guó)內(nèi)外研宄的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0003] 機(jī)器人的關(guān)節(jié)都是由伺服電機(jī)、減速器等精密機(jī)構(gòu)構(gòu)成，仿人機(jī)器人應(yīng)用的精密 減速機(jī)構(gòu)主要是諧波減速器，諧波減速器的諧波傳動(dòng)主要是利用柔性元件可控的彈性變形 來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，它的體積不大，而且精度很高，但由于諧波加速器是柔性元件，柔輪的 使用壽命有限，而且不耐沖擊且諧波減速器的造價(jià)高昂，剛性與金屬件相比又比較差。從數(shù) 據(jù)分析，機(jī)器人操作關(guān)節(jié)安裝的諧波減速器所能夠承受的最大瞬時(shí)扭矩僅為數(shù)百牛頓?米， 而機(jī)器人摔倒時(shí)的瞬時(shí)沖擊力可以達(dá)到數(shù)千牛頓，如果缺少必要的保護(hù)機(jī)構(gòu)，那么諧波減 速器有很大幾率會(huì)遭到破壞。
[0004] 因機(jī)器人面對(duì)的環(huán)境多種多樣，其由于意外摔倒或受到?jīng)_擊、碰撞也是不可避免， 而機(jī)器人的關(guān)節(jié)特別需要加強(qiáng)保護(hù)，因此，如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的過(guò)載保護(hù)變得尤為重要。
[0005] 現(xiàn)有的關(guān)節(jié)過(guò)載保護(hù)方式存在缺陷。
[0006] 中國(guó)專利CN203269387U提供了一種具有復(fù)位功能的力矩限制器，屬于電氣控制 力矩的一種，且應(yīng)用于隨車起重機(jī)上，一般的電氣控制若反饋慢，反應(yīng)滯后，當(dāng)關(guān)節(jié)受沖擊 時(shí)極易保護(hù)不及時(shí)，造成關(guān)節(jié)構(gòu)件的損壞；
[0007] 中國(guó)專利CN201410027763. 5發(fā)明了一種主要通過(guò)摩擦片來(lái)限制力矩的沖擊保護(hù) 裝置，但當(dāng)關(guān)節(jié)過(guò)載時(shí)，摩擦片急劇升溫，使得磨損量增大，耐磨性降低，而且摩擦?xí)r噪音 大，磨損材料易生銹；
[0008] 中國(guó)專利CN201420492098. 2提供了一種步進(jìn)式復(fù)位力矩限制器，通過(guò)在傳統(tǒng)摩 擦式力矩限制器的基礎(chǔ)上增加自動(dòng)復(fù)位功能，并使用串聯(lián)的蝶形彈簧，通過(guò)調(diào)節(jié)端部螺栓 改變預(yù)緊力矩大小。因?yàn)榈螐椈傻倪B接位置在邊緣，屬于線接觸，加載后，可能因力分布 不均或受重力作用，導(dǎo)致彈性碟片錯(cuò)位，完全對(duì)齊較為困難。
[0009] 一般的力矩限制器大多應(yīng)用在重型機(jī)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大；一些應(yīng)用于關(guān)節(jié)保 護(hù)的精巧型力矩限制器，傳動(dòng)介質(zhì)采用圓柱滾子圓周陣列排布，而滾子受力不垂直于側(cè)面， 使得滾子不易周向滾動(dòng)，或周向滾動(dòng)角度小，而導(dǎo)致輸出端運(yùn)動(dòng)范圍受限，且滾子易磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、力矩可調(diào)、可復(fù)位的力矩限制器，能自 由調(diào)節(jié)限制器的力矩大小來(lái)提高機(jī)器人在危險(xiǎn)情況下的安全性能。
[0011] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0012] 一種力矩限制裝置，包括：
[0013] 輸入盤，為帶有通孔的圓盤，能夠輸入力矩；
[0014] 輸出盤，為帶有與所述通孔對(duì)應(yīng)的凹槽的圓盤，能夠輸出力矩；
[0015] 圓錐滾子，其位于輸入端和輸出端之間，嵌于所述輸入端的通孔和所述輸出端的 凹槽內(nèi)，能夠傳導(dǎo)輸入的力矩，亦能夠限制力矩；
[0016] 彈性裝置，將輸入的力矩轉(zhuǎn)化為彈力，兩端分別由一片定位擋板壓緊；
[0017] 限制力矩調(diào)節(jié)裝置，將輸出力矩控制在預(yù)保護(hù)的安全范圍內(nèi)，一端可調(diào)節(jié)地位于 一片定位擋板的一端；另一端可調(diào)節(jié)地位于力矩限制器的中心盤一端；
[0018] 當(dāng)輸出盤正常受力時(shí)，所述圓錐滾子能夠穩(wěn)定傳導(dǎo)力矩；
[0019] 當(dāng)輸出盤受到?jīng)_擊時(shí)，所述圓錐滾子會(huì)從所述輸出盤的凹槽里面滾出，輸入盤便 不再受到輸出盤的沖擊力矩。
[0020] 優(yōu)選地，過(guò)渡端的圓錐滾子有一圈，有6個(gè)滾子；
[0021] 優(yōu)選地，輸出盤有復(fù)位孔，輸入盤有復(fù)位銷釘；
[0022] 優(yōu)選地，圓柱滾子被輸入盤和輸出盤壓緊，預(yù)緊力由螺釘旋緊，對(duì)輸出盤產(chǎn)生一個(gè) 壓力，這個(gè)壓力通過(guò)圓錐滾子傳遞到輸入盤，再傳遞給彈簧擋板，使得彈簧被壓縮，產(chǎn)生一 個(gè)彈力；
[0023] 優(yōu)選地，螺釘和扁螺母可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘或者扁螺母，改變預(yù)壓緊力；
[0024] 優(yōu)選地，過(guò)渡端沒(méi)有被隙，因圓錐滾子被輸入端輸出端壓實(shí)，之間不存在空隙，使 得反轉(zhuǎn)無(wú)空回；
[0025] 優(yōu)選地，右側(cè)彈簧擋板與圓錐滾子接觸的端面外邊緣有坡度，其坡度大小與圓錐 滾子的錐度大小一樣；
[0026] 優(yōu)選地，扁螺母、螺釘均為標(biāo)準(zhǔn)件，便于用久后更換；
[0027] 機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括電機(jī)、減速器以及與減速器連接的力矩限制裝置。
[0028] 優(yōu)選地，所述減速器為諧波減速器。
[0029] 通過(guò)采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明能夠取得以下技術(shù)效果：當(dāng)機(jī)器人摔倒或與外物 發(fā)生碰撞時(shí)，若產(chǎn)生的瞬時(shí)扭矩超過(guò)力矩限制器設(shè)定的力矩大小，力矩限制器就會(huì)與關(guān)節(jié) 脫開(kāi)，類似于"脫白"的現(xiàn)象，保護(hù)機(jī)器人精密減速機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)等部件不被損壞。而在正 常力傳遞情況下，關(guān)節(jié)具有高剛度，保證動(dòng)作的精確性。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)過(guò)載保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖
[0031] 圖2是本發(fā)明過(guò)渡端圓錐滾子排布
[0032] 圖3本發(fā)明某一橫截面輸入盤及輸出盤對(duì)于圓錐滾子的連接方式
[0033] 圖中各附圖標(biāo)記的含義如下：
[0034] 1_中心盤；2_超扁螺母；3_左端彈費(fèi)擋板；4_柱狀彈費(fèi)；5_右端彈費(fèi)擋板/圓 錐滾子壓板；6-輸入板；7-圓錐滾子；8-輸出板；9-復(fù)位銷釘；10-軸承；11-螺釘壓板； 12-可調(diào)螺釘；13-圓柱滾子。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0036] 參見(jiàn)圖1，一種仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)過(guò)載保護(hù)裝置，包括中心盤1，與超扁螺母2鎖擰在 一起，彈簧左側(cè)擋板3、彈簧4、彈簧右側(cè)擋板
[0037] 5構(gòu)成彈性裝置，受兩端超扁螺母2和一圈6個(gè)圓錐滾子7擠壓，圓錐滾子的的排 布如圖2,中心盤1靠一圈4個(gè)圓柱滾子13向輸入盤6傳遞力矩，輸入盤6有一圈6個(gè)梯 形限位孔，及一個(gè)復(fù)位銷釘孔，輸入盤6通過(guò)一圈6個(gè)圓柱滾子7將力矩傳遞給輸出盤8， 輸出盤8有一圈6個(gè)梯形凹槽，及一個(gè)復(fù)位銷釘槽，梯形凹槽（如圖3)的梯度設(shè)計(jì)公式為
【主權(quán)項(xiàng)】
1?一種力矩限制裝置，包括： 輸入盤，為帶有通孔的圓盤，能夠輸入力矩； 輸出盤，為帶有與所述通孔對(duì)應(yīng)的凹槽的圓盤，能夠輸出力矩； 圓錐滾子，其位于輸入端和輸出端之間，嵌于所述輸入端的通孔和所述輸出端的凹槽 內(nèi)，能夠傳導(dǎo)輸入的力矩，亦能夠限制力矩； 彈性裝置，將輸入的力矩轉(zhuǎn)化為彈力，兩端分別由一片定位擋板壓緊； 限制力矩調(diào)節(jié)裝置，將輸出力矩控制在預(yù)保護(hù)的安全范圍內(nèi)，一端可調(diào)節(jié)地位于一片 定位擋板的一端；另一端可調(diào)節(jié)地位于力矩限制器的中心盤一端； 當(dāng)輸出盤正常受力時(shí)，所述圓錐滾子能夠穩(wěn)定傳導(dǎo)力矩； 當(dāng)輸出盤受到?jīng)_擊時(shí)，所述圓錐滾子會(huì)從所述輸出盤的凹槽里面滾出，輸入盤便不再 受到輸出盤的沖擊力矩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力矩限制裝置，其特征在于，所述圓錐滾子沿所述輸入盤的 圓周方向均勻分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力矩限制裝置，其特征在于，所述輸出盤設(shè)置有復(fù)位孔，所述 輸入盤設(shè)置有復(fù)位銷釘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力矩限制裝置，其特征在于，所述限制力矩調(diào)節(jié)裝置包括螺 釘和扁螺母；所述扁螺母能夠?qū)⒁欢说亩ㄎ粨醢彐i緊；所述圓錐滾子被所述輸入盤和所述 輸出盤壓緊，預(yù)緊力由所述螺釘旋緊，對(duì)輸出盤產(chǎn)生一個(gè)壓力，這個(gè)壓力通過(guò)圓錐滾子傳遞 到輸入盤，再傳遞給定位擋板，使得彈性裝置被壓縮，產(chǎn)生彈力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的力矩限制裝置，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)所述螺釘和/或所述扁 螺母，能夠改變所述預(yù)壓緊力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力矩限制裝置，其特征在于，所述圓錐滾子被所述輸入盤和 所述輸出盤壓實(shí)，之間不存在空隙，使得反轉(zhuǎn)無(wú)空回。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力矩限制裝置，其特征在于，與圓錐滾子接觸的定位擋板的 端面外邊緣有坡度，其坡度大小與圓錐滾子的錐度大小一樣。
8. -種機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括電機(jī)、減速器以及與減速器連接的根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一 項(xiàng)所述的力矩限制裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述減速器為諧波減速器。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)過(guò)載保護(hù)裝置，當(dāng)機(jī)器人摔倒或與外物發(fā)生碰撞時(shí)，若產(chǎn)生的瞬時(shí)扭矩超過(guò)力矩限制器設(shè)定的力矩大小，力矩限制器就會(huì)與關(guān)節(jié)脫開(kāi)，類似于“脫臼”的現(xiàn)象，保護(hù)機(jī)器人精密減速機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)等部件不被損壞。而在正常力傳遞情況下，關(guān)節(jié)具有高剛度，保證動(dòng)作的精確性。
【IPC分類】B25J19-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104842372
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510239586
【發(fā)明人】張偉民, 黃強(qiáng), 郭欣然, 劉華欣, 陳學(xué)超, 余張國(guó), 李輝
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日