仿生复合驱动型机器人关节制造技术

本发明专利技术公开了一种仿生复合驱动型机器人关节，包括关节臂和驱动总成，驱动总成包括电动驱动部分和用于电动驱动部分超过额定载荷时启动进行辅助运动的气动驱动部分；使用电机驱动部分对关节臂进行主驱动，以保证高精度驱动，在电机驱动部分超过额定载荷时，气动驱动部分启动进行工作，对电动驱动部分的驱动工作进行辅助，以满足重荷载工作的要求；即本发明专利技术可解决现有机械臂不可同时实现高精度和重载荷这一矛盾点的技术问题，在保证高精度驱动的情况下，又可保证重载荷，具有较高的使用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种仿生复合驱动型机器人关节。
技术介绍
随着机器人技术的发展，人们希望新型的机器人手臂具有精度高、响应快、品质好、寿命长、能耗低、体积小、轻量化、转矩大、承载能力强、可靠性高、智能化、模块化、可重构等特点，同时也希望具有良好的柔顺性，以获得更好的安全性和自我恢复能力。现有的机器人手臂的驱动关节主要有两种驱动方式，一种是电机驱动，此为比较传统的驱动方式，驱动位移大、驱动精度高、驱动电路简单、能耗较低，且控制方便，但存在驱动力矩小的缺陷；为提供较大的力矩，以方便在重载工作情况下使用，有人设计了另一种气动肌肉驱动模式，属于一种较为新型的气动执行元件，具有结构简单，功率/自重比大、柔顺性好以及和生物肌肉特性较为接近等优点，在仿生机器人、仿生医学、服务机器人等领域拥有广阔的应用前景，但其主要存在着精度不足的缺点。也就是说，在现有技术中，机器人手臂的驱动存在着重荷载和高精度不能同时保证的问题，如何解决这一技术问题就成为迫在眉睫的挑战。因此，需要对现有的机器人关节进行改进，使其在保证有大力矩进行重荷载工作，又可保证关节的驱动精度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种仿生复合驱动型机器人关节，其在保证有大力矩进行重荷载工作，又可保证关节的驱动精度。本专利技术的仿生复合驱动型机器人关节，包括关节臂和驱动总成，驱动总成包括电动驱动部分和用于电动驱动部分超过额定载荷时启动进行辅助运动的气动驱动部分；电动驱动部分包括驱动安装箱、动力输出箱、第一电动驱动机构和第二电动驱动机构，关节臂转动配合支撑于所述动力输出箱，第一电动驱动机构安装于驱动安装箱并可驱动动力输出箱带动关节臂在竖直平面内转动，第二电动驱动机构设置于驱动安装箱并用于驱动关节臂绕自身轴线旋转；气动驱动部分包括辅助驱动关节臂在竖直平面内转动的第一气动驱动机构和辅助驱动关节臂绕自身轴线旋转的第二气动驱动机构。进一步，第一电动驱动机构包括转动配合支撑于驱动安装箱的第一动力轴和设置在驱动安装箱内用于向第一动力轴传递驱动动力的第一驱动齿轮组，第一动力轴的动力输出端与动力输出箱固定连接。进一步，第二电动驱动机构包括转动配合支撑于驱动安装箱的第二动力轴和设置在驱动安装箱内用于向第二动力轴传动驱动动力的第二驱动齿轮组，第二动力轴与动力输出箱同样转动支撑配合，第二电动驱动机构还包括设置在动力输出箱内的锥齿轮传动副，锥齿轮传动副包括圆周固定于第二动力轴上的主动锥齿轮和与主动锥齿轮啮合并圆周固定于关节臂上的从动锥齿轮。进一步，第一动力轴与所述动力输出箱为一体成形结构。进一步，驱动安装箱为开口与关节臂轴向一致的n形结构，动力输出箱设置在所述开口内。进一步，第一动力轴和所述第二动力轴位于同一轴线上。进一步，第一气动驱动机构包括分别对应设置于关节臂上下两侧的上气动肌肉和下气动肌肉，上气动肌肉和所述下气动肌肉均为一端与驱动安装箱连接用于进气，另一端封闭设置，且上气动肌肉和下气动肌肉的封闭端通过第一连接索连接。进一步，关节臂末端设置有与第一连接索配合的滑轮帽，关节臂与滑轮帽相对转动配合，第一连接索一端与上气动肌肉封闭端连接，另一端自上而下绕过滑轮帽与下气动肌肉封闭端连接。进一步，第二气动驱动机构包括设置在关节臂前侧或/后侧的旋转气动驱动组件，旋转气动驱动组件包括旋转气动肌肉Ⅰ、旋转气动肌肉Ⅱ、旋转上滑轮、旋转下滑轮和旋转连接索，旋转气动肌肉Ⅰ和所述旋转气动肌肉Ⅱ位于关节臂同一侧并为上下并列设置，且均为一端与驱动安装箱连接用于进气另一端封闭设置，旋转连接索与旋转气动肌肉Ⅰ封闭端连接，并依次绕过旋转上滑轮、关节臂周向和旋转下滑轮与旋转气动肌肉Ⅱ连接。进一步，仿生复合驱动型机器人关节还包括气动驱动启动检测系统，气动驱动启动检测系统包括：力矩传感器，设置在第一电动驱动机构的电机主轴上和第二电动驱动机构的电机主轴上并用于检测电机主轴的力矩载荷是否超过额定载荷；控制器，用于接收力矩传感器的额定超载检测信号并控制气动驱动部分工作。本专利技术的有益效果：本专利技术的仿生复合驱动型机器人关节，设置有电机驱动部分和气动驱动部分，使用电机驱动部分对关节臂进行主驱动，以保证高精度驱动，在电机驱动部分超过额定载荷时，气动驱动部分启动进行工作，对电动驱动部分的驱动工作进行辅助，以满足重荷载工作的要求；即本专利技术可解决现有机械臂不可同时实现高精度和重载荷这一矛盾点的技术问题，在保证高精度驱动的情况下，又可保证重载荷，具有较高的使用前景。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术结构示意图；图2为图1俯视图。具体实施方式图1为本专利技术结构示意图，图2为图1俯视图，如图所示：本实施例的仿生复合驱动型机器人关节，包括关节臂1和驱动总成，驱动总成包括电动驱动部分和用于电动驱动部分超过额定载荷时启动进行辅助运动的气动驱动部分；当开始工作时，电动驱动部分首先对关节臂1进行驱动，当电动驱动部分超过额定载荷时气动驱动部分启动，对电动驱动部分进行辅助形成共同工作；电动驱动部分包括驱动安装箱2、动力输出箱3、第一电动驱动机构和第二电动驱动机构，关节臂1转动配合支撑于所述动力输出箱3，第一电动驱动机构安装于驱动安装箱2并可驱动动力输出箱3带动关节臂1在竖直平面内转动，第二电动驱动机构设置于驱动安装箱2并用于驱动关节臂1绕自身轴线旋转；其中第一电动驱动机构用于驱动关节臂1随动力输出箱3在竖直平面内转动，在竖直平面内转动是指绕第一电动驱动机构的第一动力轴轴线在上下方向上转动，第二电动驱动机构用于驱动关节臂1绕自身轴线旋转；气动驱动部分包括辅助驱动关节臂1在竖直平面内转动的第一气动驱动机构和辅助驱动关节臂1绕自身轴线旋转的第二气动驱动机构；即当第一电动驱动机构工作超过额定载荷时，气动驱动部分的第一气动驱动机构启动，与第一电动驱动机构共同配合驱动关节臂1在竖直平面内转动，当第二电动驱动机构工作超过额定载荷时，气动驱动部分的第二气动驱动机构启动，与第二电动驱动机构共同配合驱动关节臂1绕自身轴线旋转转动。本实施例中，第一电动驱动机构包括转动配合支撑于驱动安装箱2的第一动力轴4和设置在驱动安装箱2内用于向第一动力轴4传递驱动动力的第一驱动齿轮组，第一动力轴4的动力输出端与动力输出箱3固定连接；第一动力轴4通过轴承设置在驱动安装箱2内，并一端伸出驱动安装箱2，第一驱动齿轮组包括第一主动齿轮5和第一从动齿轮6，且第一主动齿轮5轮径小于第一从动齿轮6，第一从动齿轮6圆周固定在第一动力轴4上，第一主动齿轮5通过第一电动驱动机构的第一驱动电机7驱动，且第一主动齿轮5与第一驱动电机7的电机主轴间还设置有谐波减速器。本实施例中，第二电动驱动机构包括转动配合支撑于驱动安装箱2的第二动力轴8和设置在驱动安装箱2内用于向第二动力轴8传动驱动动力的第二驱动齿轮组，第二动力轴8与动力输出箱3同样转动支撑配合，第二电动驱动机构还包括设置在动力输出箱3内的锥齿轮传动副，锥齿轮传动副包括圆周固定于第二动力轴8上的主动锥齿轮9和与主动锥齿轮9啮合并圆周固定于关节臂1上的从动锥齿轮10；第二动力轴8通过轴承设置在驱动安装箱2上，并一端伸出驱动安装箱2，并伸入动力输出箱3内通过轴承转动配合，第二驱动齿轮组包括第二主动齿轮11和第二从动齿轮12，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生复合驱动型机器人关节，其特征在于：包括关节臂和驱动总成，所述驱动总成包括电动驱动部分和用于电动驱动部分超过额定载荷时启动进行辅助运动的气动驱动部分；所述电动驱动部分包括驱动安装箱、动力输出箱、第一电动驱动机构和第二电动驱动机构，所述关节臂转动配合支撑于所述动力输出箱，所述第一电动驱动机构安装于所述驱动安装箱并可驱动动力输出箱带动关节臂在竖直平面内转动，所述第二电动驱动机构设置于所述驱动安装箱并用于驱动关节臂绕自身轴线旋转；所述气动驱动部分包括辅助驱动关节臂在竖直平面内转动的第一气动驱动机构和辅助驱动关节臂绕自身轴线旋转的第二气动驱动机构。

【技术特征摘要】
1.一种仿生复合驱动型机器人关节，其特征在于：包括关节臂和驱动总成，所述驱动总成包括电动驱动部分和用于电动驱动部分超过额定载荷时启动进行辅助运动的气动驱动部分；所述电动驱动部分包括驱动安装箱、动力输出箱、第一电动驱动机构和第二电动驱动机构，所述关节臂转动配合支撑于所述动力输出箱，所述第一电动驱动机构安装于所述驱动安装箱并可驱动动力输出箱带动关节臂在竖直平面内转动，所述第二电动驱动机构设置于所述驱动安装箱并用于驱动关节臂绕自身轴线旋转；所述气动驱动部分包括辅助驱动关节臂在竖直平面内转动的第一气动驱动机构和辅助驱动关节臂绕自身轴线旋转的第二气动驱动机构。2.根据权利要求1所述的仿生复合驱动型机器人关节，其特征在于：所述第一电动驱动机构包括转动配合支撑于驱动安装箱的第一动力轴和设置在驱动安装箱内用于向第一动力轴传递驱动动力的第一驱动齿轮组，所述第一动力轴的动力输出端与动力输出箱固定连接。3.根据权利要求2所述的仿生复合驱动型机器人关节，其特征在于：所述第二电动驱动机构包括转动配合支撑于驱动安装箱的第二动力轴和设置在驱动安装箱内用于向第二动力轴传动驱动动力的第二驱动齿轮组，所述第二动力轴与动力输出箱同样转动支撑配合，所述第二电动驱动机构还包括设置在动力输出箱内的锥齿轮传动副，所述锥齿轮传动副包括圆周固定于所述第二动力轴上的主动锥齿轮和与主动锥齿轮啮合并圆周固定于关节臂上的从动锥齿轮。4.根据权利要求2所述的仿生复合驱动型机器人关节，其特征在于：所述第一动力轴与所述动力输出箱为一体成形结构。5.根据权利要求3所述的仿生复合驱动型机器人关节，其特征在于：所述驱动安装箱为开口与关节臂轴向一致的n形结构，所述动力输出箱设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗天洪，李会兰，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50