專利名稱：一種仿人機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，涉及一種仿人機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
迄今為止，世界上研制比較成功的機(jī)器人大部分采用帶編碼器的電機(jī)和諧 波減速器作為機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人在
運(yùn)動(dòng)過程中由于電機(jī)力矩不足，發(fā)熱現(xiàn)象比較嚴(yán)重，KenjiKANEKO等人的論 文"Humanoid Robot HRP-2"中描述的HRP-2P不能連續(xù)行走30分鐘，這遠(yuǎn)不 能滿足人類對(duì)機(jī)器人的要求。而機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中至關(guān)重要，它 承受上身重量的同時(shí)還需要滿足快速啟停的功能，所以對(duì)膝關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)能力提 出了更高的要求。機(jī)器人上使用的張緊輪可以提高傳動(dòng)的效率，但大部分機(jī)器 人采用的可調(diào)張緊輪結(jié)構(gòu)較大，而且在使用一段時(shí)間后容易產(chǎn)生松動(dòng)而使得張 緊的效果不佳，所以改善張緊輪的機(jī)構(gòu)就很重要。中國專利CN1683123A公開 了一種使用電機(jī)編碼器和電位計(jì)組成雙環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)，來檢測(cè)關(guān)節(jié)減速器的柔性 傳動(dòng)誤差，但它未考慮雙電機(jī)主從控制模式下差速反饋需要的信號(hào)。另外，電 位計(jì)的安裝方式經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試很容易產(chǎn)生松動(dòng)，且裝卸不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種驅(qū)動(dòng)力矩大、張緊結(jié)構(gòu)緊湊、具有關(guān)節(jié)誤差檢測(cè) 功能的仿人機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的仿人機(jī)器人膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括連接大腿和小腿的膝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
膝關(guān)節(jié)包括由同軸線裝置在殼體中的剛輪、波發(fā)生器和柔輪組成的諧波減 速器以及膝套筒，諧波減速器的輸入軸和輸出軸同軸套置，諧波減速器輸入軸 的一端固定在波發(fā)生器上，另一端固定第一同步帶輪，在諧波減速器的輸入軸 與輸出軸之間設(shè)有兩個(gè)軸承，柔輪固定在輸出軸上，輸出軸通過交叉滾子軸承 與大腿的一側(cè)連接，膝套筒的一端與諧波減速器的剛輪固定，在膝套筒與剛輪 之間有密封蓋。膝套筒的另一端通過深溝球軸承與大腿的另一側(cè)連接。膝套筒 上裝鑒有膝法蘭，膝法蘭和小腿連接。膝套筒內(nèi)固定有電位計(jì)法蘭和電位計(jì)， 電位計(jì)的軸上固定有軸套，軸套與固定在大腿上的法蘭連接；
膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶有第一編碼器的第一電機(jī)，帶有第二編碼器的第二 電機(jī)，第一電機(jī)的軸上安裝有第二同步帶輪，第一電機(jī)的端面固定有第一偏心微調(diào)張緊輪，第二電機(jī)的軸上安裝有第三同步帶輪，第二電機(jī)的端面固定有第 二偏心微調(diào)張緊輪，第二同步帶輪和第三同步帶輪通過同步帶與第一同步帶輪 相連，第一偏心微調(diào)張緊輪和第二偏心微調(diào)張緊輪與大腿固定。
為了使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，裝卸更加方便，可將電位計(jì)法蘭通過螺紋與膝套 筒連接。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，運(yùn)行可靠，利用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以疊加電機(jī)輸 出的力矩，提高了關(guān)節(jié)輸出力矩的能力，避免了電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下發(fā)熱的 現(xiàn)象。膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用與電機(jī)軸保持同軸的偏心微調(diào)張緊輪，這樣只要 調(diào)整安裝偏心微調(diào)張緊輪的角度就可以調(diào)整電機(jī)軸到膝關(guān)節(jié)輸入軸之間的距 離，實(shí)現(xiàn)微調(diào)的作用。運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)編碼器可以實(shí)時(shí)獲取雙電機(jī)的速差反饋信 號(hào)，便于對(duì)雙電機(jī)進(jìn)行主從控制，有利于正確獲取關(guān)節(jié)角度信息，糾正機(jī)械傳 動(dòng)誤差，提高了控制的準(zhǔn)確性。


圖1是機(jī)器人膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的整體實(shí)體圖； 圖2是膝關(guān)節(jié)剖視圖3是諧波減速器的剛輪、波發(fā)生器和柔輪示意圖。
上述圖中，l.法蘭，2.大腿，3.小腿，4.膝法蘭，5.膝套筒，6.諧波減速器， 7.剛輪，8.波發(fā)生器，9.柔輪，IO.輸入軸，ll.交叉滾子軸承，12.輸出軸，13.軸 承，14.軸承，15.殼體，16.密封蓋，17.電位計(jì)，18.電位計(jì)法蘭，19.深溝球軸承， 20.軸套，21.第一電機(jī)，22.第一編碼器，23.第二電機(jī)，24.第二編碼器，25.第一 偏心微調(diào)張緊輪，26.第二同步帶輪，28.第三同步帶輪，29.第二偏心微調(diào)張緊輪， 30.第一同步帶輪。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
參照附圖，本發(fā)明的仿人機(jī)器人膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括連接大腿和小腿的膝關(guān) 節(jié)和膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
膝關(guān)節(jié)包括由同軸線裝置在殼體15中的剛輪7、波發(fā)生器8和柔輪9組成 的諧波減速器6以及膝套筒5，諧波減速器6的輸入軸IO和輸出軸12同軸套置， 諧波減速器6輸入軸10的一端固定在波發(fā)生器8上，另一端固定第一同步帶輪 30，在諧波減速器6的輸入軸10與輸出軸12之間設(shè)有兩個(gè)軸承13、 14，柔輪 9固定在輸出軸12上，輸出軸12通過交叉滾子軸承11與大腿2的一側(cè)連接， 膝套筒5的一端與諧波減速器6的剛輪7固定，在膝套筒5與剛輪7之間有密封蓋16，密封蓋16用于防止灰塵進(jìn)入諧波減速器6內(nèi)。膝套筒5的另一端通過 深溝球軸承19與大腿2的另一側(cè)連接。膝套筒5上裝暮有膝法蘭4，膝法蘭4 和小腿3連接。當(dāng)輸入軸帶動(dòng)波發(fā)生8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剛輪7相對(duì)柔輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 了大腿2和小腿3之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。膝套筒5內(nèi)固定有電位計(jì)法蘭18和電位計(jì) 17，電位計(jì)17的軸上固定有軸套20，軸套20與固定在大腿2上的法蘭1連接；
膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶有第一編碼器22的第一電機(jī)21，帶有第二編碼器 24的第二電機(jī)23，第一電機(jī)21的軸上安裝有第二同步帶輪26，第一電機(jī)21的 端面固定有第一偏心微調(diào)張緊輪25，第二電機(jī)23的軸上安裝有第三同步帶輪 28，第二電機(jī)23的端面固定有第二偏心微調(diào)張緊輪29，第二同步帶輪26和第 三同步帶輪28通過同步帶與第一同步帶輪30相連，以此來實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。， 第一偏心微調(diào)張緊輪25和第二偏心微調(diào)張緊輪29與大腿固定。通常，使偏心 微調(diào)張緊輪25、 29輪面上分布有數(shù)個(gè)與大腿連接的安裝孔，這樣通過安裝孔可 以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)偏心微調(diào)張緊輪與大腿的安裝角度，實(shí)現(xiàn)張緊同步帶的目的。
權(quán)利要求
1、一種仿人機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征是包括連接大腿和小腿的膝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；膝關(guān)節(jié)包括由同軸線裝置在殼體(15)中的剛輪(7)、波發(fā)生器(8)和柔輪(9)組成的諧波減速器(6)以及膝套筒(5)，諧波減速器(6)的輸入軸(10)和輸出軸(12)同軸套置，諧波減速器(6)輸入軸(10)的一端固定在波發(fā)生器(8)上，另一端固定第一同步帶輪(30)，在諧波減速器(6)的輸入軸(10)與輸出軸(12)之間設(shè)有兩個(gè)軸承(13、14)，柔輪(9)固定在輸出軸(12)上，輸出軸(12)通過交叉滾子軸承(11)與大腿(2)的一側(cè)連接，膝套筒(5)的一端與諧波減速器(6)的剛輪(7)固定，在膝套筒(5)與剛輪(7)之間有密封蓋(16)。膝套筒(5)的另一端通過深溝球軸承(19)與大腿(2)的另一側(cè)連接。膝套筒(5)上裝有膝法蘭(4)，膝法蘭(4)和小腿(3)連接。膝套筒(5)內(nèi)固定有電位計(jì)法蘭(18)和電位計(jì)(17)，電位計(jì)(17)的軸上固定有軸套(20)，軸套(20)與固定在大腿(2)上的法蘭(1)連接；膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶有第一編碼器(22)的第一電機(jī)(21)，帶有第二編碼器(24)的第二電機(jī)(23)，第一電機(jī)(21)的軸上安裝有第二同步帶輪(26)，第一電機(jī)(21)的端面固定有第一偏心微調(diào)張緊輪(25)，第二電機(jī)(23)的軸上安裝有第三同步帶輪(28)，第二電機(jī)(23)的端面固定有第二偏心微調(diào)張緊輪(29)，第二同步帶輪(26)和第三同步帶輪(28)通過同步帶與第一同步帶輪(30)相連，第一偏心微調(diào)張緊輪(25)和第二偏心微調(diào)張緊輪(29)與大腿固定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的仿人機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征是電位計(jì)法蘭 (18)通過螺紋與膝套筒(5)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的仿人機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征是在第一、第 二偏心微調(diào)張緊輪(25、 29)輪面上分布有數(shù)個(gè)與大腿連接的安裝孔。
全文摘要
本發(fā)明公開的仿人機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括連接大腿和小腿的膝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。利用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以疊加電機(jī)輸出的力矩，提高了關(guān)節(jié)輸出力矩的能力，避免了電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下發(fā)熱的現(xiàn)象。膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用與電機(jī)軸保持同軸的偏心微調(diào)張緊輪，這樣只要調(diào)整安裝偏心微調(diào)張緊輪的角度就可以調(diào)整電機(jī)軸到膝關(guān)節(jié)輸入軸之間的距離，實(shí)現(xiàn)微調(diào)的作用。運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)編碼器可以實(shí)時(shí)獲取雙電機(jī)的速差反饋信號(hào)，便于對(duì)雙電機(jī)進(jìn)行主從控制，有利于正確獲取關(guān)節(jié)角度信息，糾正機(jī)械傳動(dòng)誤差，提高了控制的準(zhǔn)確性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，運(yùn)行可靠。
文檔編號(hào)B62D57/032GK101580083SQ200910099369
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者周建軍, 張大松, 朱秋國, 蓉 熊, 健 褚 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)