一種磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的設(shè)計方法
【專利摘要】磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的設(shè)計方法，是屬于機械制造、智能控制、機器人技術(shù)、自動化控制、電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，技術(shù)的主要內(nèi)容是把磁保持并行步進擺動面，磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤，磁保持并行步進驅(qū)動器結(jié)合在一起，構(gòu)成一個能擺動旋轉(zhuǎn)伸縮的機械關(guān)節(jié)，磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤，磁保持并行步進擺動面，磁保持并行步進驅(qū)動器的驅(qū)動單元都是有單元磁保持驅(qū)動器構(gòu)成，所以能并行執(zhí)行，只需一個脈沖的時間就可以旋轉(zhuǎn)到要到達的角度，同時擺動面擺動到需要的方向和角度，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(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的【技術(shù)領(lǐng)域】，是屬于機械制造.智能控制.機器人技術(shù).自動化控制.電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，技術(shù)的主要內(nèi)容是把磁保持并行步進擺動面.磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤.磁保持并行步進驅(qū)動器結(jié)合在一起，構(gòu)成一個能擺動.旋轉(zhuǎn).伸縮的機械關(guān)節(jié)，磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤.磁保持并行步進擺動面.磁保持并行步進驅(qū)動器的驅(qū)動單元都是有單元磁保持驅(qū)動器構(gòu)成，所以能并行執(zhí)行，只需一個脈沖的時間就可以旋轉(zhuǎn)到要到達的角度，同時擺動面擺動到需要的方向和角度，同時伸縮到需要的長度。
【背景技術(shù)】
[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(xiàn)，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(jīng)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)場的都是機器人，機器人比人有很多的優(yōu)越性，由于關(guān)系到國家的生死存亡，機器人會得到快速的發(fā)展，當(dāng)然機械關(guān)節(jié)是機器人制造的關(guān)鍵部件，關(guān)節(jié)的驅(qū)動極為重要，現(xiàn)在機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有液壓式、氣動式和電動式。1、液壓驅(qū)動機器人的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓驅(qū)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(zhuǎn)矩；(2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)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(xiàn)自動控制；(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，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(zhì)量，故造價較高；(3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會引起故障。液壓驅(qū)動方式的輸出力和功率大，能構(gòu)成伺服機構(gòu)，常用于大型機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動。2、氣壓驅(qū)動與液壓驅(qū)動相比，氣壓驅(qū)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(shè)備；(3)空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染，使用安全，可應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhǔn)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(dāng)會使鋼類零件生銹，導(dǎo)致機器人失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。氣動式驅(qū)動多用于開頭控制和順序控制的機器人。3、電動機驅(qū)動電動機驅(qū)動可分為普通交流電動機驅(qū)動，交、直流伺服電動機驅(qū)動和步進電動機驅(qū)動。普通交、直流電動機驅(qū)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(xiàn)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(tǒng)，而步進電動機則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。但上面3種驅(qū)動都存在共同的不足，1.反應(yīng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，7.精度一般，8.控制難度大，并且現(xiàn)在的機器人的關(guān)節(jié)比較單一，有的只能轉(zhuǎn)到，有的只能推動，有的只能擺動，不像人的關(guān)節(jié)那樣靈活。根本無法滿足高端技術(shù)的要求，更不要說滿足智能機器人的設(shè)計要求，所以我們必須發(fā)明新的技術(shù)來滿足高端智能機器人的關(guān)節(jié)要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]由于現(xiàn)在的機械關(guān)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(guān)節(jié)問題，我們發(fā)明的磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)，在這個關(guān)節(jié)上它不但會旋轉(zhuǎn)，可以任何角度的擺動，并且還可以伸縮需要的長度，也就是說這個關(guān)節(jié)可以轉(zhuǎn)動到某個角度，同時可以任何角度的擺動，同時可以伸縮需要的長度，并且這個關(guān)節(jié)的驅(qū)動是通過磁保持技術(shù)驅(qū)動，它是并行驅(qū)動的，它的驅(qū)動是離散的，也就是說由一步一步組成的驅(qū)動系統(tǒng)，所以只有花費一個電脈沖的時間，就把轉(zhuǎn)動的角度.擺動的角度和方向和伸縮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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的推動單元都是單元磁保持驅(qū)動器，單元磁保持驅(qū)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(shù)首尾連接起來，排成直線，裝上外殼和其他的構(gòu)件就構(gòu)成磁保持并行步進驅(qū)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(qū)動器，就能達到所需長度，磁保持并行步進擺動面的固定面分成3份，也就是每隔120度安裝一個磁保持并行步進驅(qū)動器，當(dāng)然也可以分成4份或更多份，把磁保持并行步進驅(qū)動器固定在磁保持并行步進擺動面的固定面的平分角上，安裝在固定面的下面，在平分角距離圓心一定距離上面，都有一個圓孔，磁保持并行步進驅(qū)動器的驅(qū)動軸穿過固定面上的圓孔和擺動面連接，各個驅(qū)動軸和擺動面之間的連接是活動的，比如通過機械關(guān)節(jié)連接，這樣根據(jù)擺動面要傾側(cè)的方向和角度，只要調(diào)節(jié)各個磁保持并行步進驅(qū)動器的長度，也就是調(diào)節(jié)每一個磁保持并行步進驅(qū)動器里面的單元磁保持驅(qū)動器推出狀態(tài)多少個或收縮狀態(tài)多少個，就可以把擺動面調(diào)到要求的方向和角度。旋轉(zhuǎn)盤的設(shè)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(qū)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(qū)動器，根據(jù)設(shè)備的需求安多少個，這樣給其中任何一個單元磁保持驅(qū)動器一個正向脈沖電流，單元磁保持驅(qū)動器的驅(qū)動軸就會向前推進，驅(qū)動軸就會推動前面的橫桿，橫桿就會旋轉(zhuǎn)一個角度，如果同時給每一個單元磁保持驅(qū)動器正向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤就給出最大的旋轉(zhuǎn)角，如果同時給每一個單元磁保持驅(qū)動器一個反向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤給出最小的角度，當(dāng)你需要多大的旋轉(zhuǎn)角，就啟動多少個單元磁保持驅(qū)動器，每一個單元磁保持驅(qū)動器的行程定義為一步，也就是旋轉(zhuǎn)的最小單元角。把上面的磁保持并行步進擺動面固定在旋動盤的轉(zhuǎn)盤上，并且是固定死的，再把磁保持并行步進驅(qū)動器固定在磁保持并行步進擺動面的擺動面上，并且是固定死的，這樣就可以構(gòu)成一個磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)，它在旋轉(zhuǎn)的同時可以任何角度上擺動，同時可以伸縮需要的長度，完成這樣復(fù)雜的任務(wù)，總共只需一個脈沖的時間。【專利附圖】
【附圖說明】
[0004]圖1是磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)組合圖，a代表磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤，b代表外驅(qū)磁保持并行步進擺動面，c代表磁保持并行步進驅(qū)動器，b是固定在a的旋盤上的，是固定死的，c是固定在b的擺動面上的，也是固定死的。圖2是磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)圖，1.代表旋轉(zhuǎn)盤，2.代表第I條橫桿它是和中心軸連接死的，也可以當(dāng)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是代表最后一條橫桿，它也可以繞中心軸旋動，并且它是和旋轉(zhuǎn)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(qū)動器,11代表最后的橫桿和旋轉(zhuǎn)盤的固定點。圖3是外驅(qū)磁保持并行步進擺動面的結(jié)構(gòu)圖，I代表擺動面，2代表固定面，3.4.5代表磁保持并行步進驅(qū)動器，但不一定就是3個，可以更多個，6.7.8代表驅(qū)動軸，9.10.11.12.13.14代表固定點，把磁保持并行步進驅(qū)動器固定在固定面上，15.16.17代表固定面上的圓孔，是讓驅(qū)動軸通過的，18.19.20代表驅(qū)動軸和擺動面連接是活動的，比如通過機械關(guān)節(jié)連接。圖4是磁保持并行步進驅(qū)動器，I代表外殼，2代表后一個單元磁保持驅(qū)動器的驅(qū)動軸連接到前一個單元磁保持驅(qū)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(qū)動器的驅(qū)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(qū)動器的里面的殼和單元磁保持驅(qū)動器的外殼之間，5代表最后一個單元磁保持驅(qū)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(qū)動器，這里是按設(shè)計需求安多少個單元磁保持驅(qū)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5是代表單元磁芯磁保持驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)圖，I是代表單元磁芯磁保持驅(qū)動器的外殼，2是代表單元磁芯磁保持驅(qū)動器的內(nèi)殼，3.4代表鐵片，5是代表磁芯，6是代表線圈，7是代表驅(qū)動軸，8.9是線圈的引線，S.N代表磁鐵的極性。圖6是單元鐵芯磁保持驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)圖，I是代表單元鐵芯磁保持驅(qū)動器的外殼，2是代表單兀鐵芯磁保持驅(qū)動器的內(nèi)殼,3.4代表磁鐵,5是代表鐵芯,6是代表線圈，7是代表驅(qū)動軸，8.9是線圈的引線，S.N代表磁鐵的極性。圖5和圖6是2種單元驅(qū)動器的不同設(shè)計方法，都可以作為單元驅(qū)動器使用。
[0005]實施方法
磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)是要在處理器和編碼器的作用下工作的，當(dāng)處理器給磁保持并行步進驅(qū)動器里面的某一個單元磁保持驅(qū)動器一個正向脈沖電壓，或給磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤上的單元磁保持驅(qū)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(qū)動器一個正向脈沖電流，這個單元磁保持驅(qū)動器就會向前推進，編碼器就會記錄這個單元磁保持驅(qū)動器的狀態(tài)，當(dāng)處理器給磁保持并行步進驅(qū)動器里面的某一個單元磁保持驅(qū)動器一個反向電壓，或給磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤上的單元磁保持驅(qū)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(qū)動器一個反向脈沖電流，這個單元磁保持驅(qū)動器就會向后縮進，編碼器就會記錄這個單元磁保持驅(qū)動器的狀態(tài)，并且每個單元磁保持驅(qū)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(qū)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(shù)據(jù)或根據(jù)傳感器的信息，都可以知道當(dāng)前磁保持并行步進驅(qū)動器里面的每一個單元磁保持驅(qū)動器的狀態(tài)，也知道磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤上每個單元磁保持驅(qū)動器的驅(qū)動器狀態(tài)，當(dāng)按照運動需要，需要旋轉(zhuǎn)多少角度.擺動的方向和角度和伸縮多少長度時，處理器就會根據(jù)目前編碼器或傳感器的狀態(tài)，就會馬上作出決定，推進或收縮磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤上的單元磁保持驅(qū)動器推出狀態(tài)多少個或收縮狀態(tài)多少個，同時推進或收縮每一個固定在磁保持并行步進擺動面的固定面下面的磁保持并行步進驅(qū)動器，里面的單元磁保持驅(qū)動器推出狀態(tài)多少個或收縮狀態(tài)多少個，同時推進或收縮固定在磁保持并行步進擺動面的擺動面上的磁保持并行步進驅(qū)動器，里面的單元磁保持驅(qū)動器推出狀態(tài)多少個或收縮狀態(tài)多少個，這樣就使旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到特定的角度，同時使固定在磁保持并行步進擺動面的固定面下面的每一個磁保持并行步進驅(qū)動器就會達到需要的長度，就可以使磁保持并行步進擺動面處于需要的方向和角度，同時使固定在擺動面上的磁保持并行步進驅(qū)動器，推進或收縮到需要的長度，完成所有這樣的復(fù)雜動作，總共只需花費一個脈沖的時間，速度之快是現(xiàn)在任何其他設(shè)備不能達到的。
【權(quán)利要求】
1.一種磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的設(shè)計方法，其特征是，磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)的推動單元都是單元磁保持驅(qū)動器，單元磁保持驅(qū)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(shù)首尾連接起來，排成直線，裝上外殼和其他的構(gòu)件就構(gòu)成磁保持并行步進驅(qū)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(qū)動器，就能達到所需長度，磁保持并行步進擺動面的固定面分成3份，也就是每隔120度安裝一個磁保持并行步進驅(qū)動器，當(dāng)然也可以分成4份或更多份，把磁保持并行步進驅(qū)動器固定在磁保持并行步進擺動面的固定面的平分角上，安裝在固定面的下面，在平分角距離圓心一定距離上面，都有一個圓孔，磁保持并行步進驅(qū)動器的驅(qū)動軸穿過固定面上的圓孔和擺動面連接，各個驅(qū)動軸和擺動面之間的連接是活動的，比如通過機械關(guān)節(jié)連接，這樣根據(jù)擺動面要傾側(cè)的方向和角度，只要調(diào)節(jié)各個磁保持并行步進驅(qū)動器的長度，也就是調(diào)節(jié)每一個磁保持并行步進驅(qū)動器里面的單元磁保持驅(qū)動器推出狀態(tài)多少個或收縮狀態(tài)多少個，就可以把擺動面調(diào)到要求的方向和角度，旋轉(zhuǎn)盤的設(shè)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(qū)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(qū)動器，根據(jù)設(shè)備的需求安多少個，這樣給其中任何一個單元磁保持驅(qū)動器一個正向脈沖電流，單元磁保持驅(qū)動器的驅(qū)動軸就會向前推進，驅(qū)動軸就會推動前面的橫桿，橫桿就會旋轉(zhuǎn)一個角度，如果同時給每一個單元磁保持驅(qū)動器正向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤就給出最大的旋轉(zhuǎn)角，如果同時給每一個單元磁保持驅(qū)動器一個反向脈沖電流，那么磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)盤給出最小的角度，當(dāng)你需要多大的旋轉(zhuǎn)角，就啟動多少個單元磁保持驅(qū)動器，每一個單元磁保持驅(qū)動器的行程定義為一步，也就是旋轉(zhuǎn)的最小單元角，把上面的磁保持并行步進擺動面固定在旋動盤的轉(zhuǎn)盤上，并且是固定死的，再把磁保持并行步進驅(qū)動器固定在磁保持并行步進擺動面的擺動面上，并且是固定死的，這樣就可以構(gòu)成一個磁保持并行步進旋轉(zhuǎn)擺動伸縮關(guān)節(jié)，它在旋轉(zhuǎn)的同時可以任何角度上擺動，同時可以伸縮需要的長度，完成這樣復(fù)雜的任務(wù)，總共只需一個脈沖的時間。
【文檔編號】H01F7/08GK103475288SQ201310437492
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】胡明建 申請人:胡明建