一种双自由度圆柱关节模块制造技术

本实用新型专利技术公开一种双自由度圆柱关节模块，包括内部设有空腔的外壳，外壳表面设有若干个开口，外壳内部一侧安装伺服驱动控制器，伺服驱动控制器端部通过外壳侧面开口与其他外接的模块连接，双自由度圆柱关节模块还设有竖直穿过外壳上下竖直相对开口且垂直移动和/或旋转的丝杆，外壳内部安装有传动机构配合传动丝杆，传动机构与伺服驱动控制器电连接。相对于现有技术，本实用新型专利技术的双自由度圆柱关节模块具有结构紧凑以及控制方式简单可靠等优点。

A dual degree of freedom cylindrical joint module

The utility model discloses a double degree of freedom cylindrical joint module, which includes a shell with a cavity inside, with a number of openings on the outer shell surface, a servo drive controller on one side of the outer shell, and the end of the servo drive controller connected with other external modules through the side of the shell, and the dual freedom cylindrical joint module is also used. A vertical moving and / or rotating rod is provided vertically through the upper and lower vertical opening of the shell. The inner shell is equipped with a transmission mechanism and a transmission wire rod, and the transmission mechanism is electrically connected with the servo drive controller. Compared with the existing technology, the two degree of freedom cylindrical joint module of the utility model has the advantages of compact structure and simple and reliable control mode.

【技术实现步骤摘要】
一种双自由度圆柱关节模块
本技术涉及机器人控制
，特别涉及一种双自由度圆柱关节模块。
技术介绍
现今，机器人技术已经取到极大的发展，机器人具有高度灵活性，因此被广泛应用于各个行业以及各种场景中。但是现有技术的机器人系统主要针对特定的使用环境和场合，因此缺乏功能的扩展性和结构的重构性。另外，对于产品线的快速更新换代，往往需要更换其他相应的机器人系统，才能满足生产需求，因此容易导致严重浪费生产资源并且制约机器人的推广应用。多功能、易构建和低成本是机器人新系统开发中的重要原则，而模块化机器人是行之有效的解决方案。机器人关节模块是模块化机器人的组成机构，能够简化设计制造以及维护的成本、缩短研制周期，降低研制成本。其中，直线移动关节模组在国内外早已出现，已成为常见且标准化产品。机器人转动关节模块已被国内外不少科研院所和企业研制开发。例如德国AMTec公司、Schunk公司、国内哈尔滨工业大学、中科院沈阳自动化研究所、深圳先进技术研究院以及广东工业大学仿生与智能机器人实验室(BIRL)等机构也相继开发出旋转关节模块，但是现有技术中已经开发出的转动关节模块结构较为复杂，模块之间的连接需要特制连杆，因此国内外的机器人关节模块绝大多数只有单一自由度(如直线移动或者回旋)，如使用到两个自由度，需要将两个模块串联以进行使用，但是这样方式使得结构比较松散并且体积较大。
技术实现思路
本技术的主要目的是提出一种结构紧凑合理和控制方式简单可靠的双自由度圆柱关节模块，旨在降低机器人关节模块的体积以及提高控制自由度以及更好的控制灵活性。为实现上述目的，本技术技术方案通过以下技术方案进行实现：双自由度圆柱关节模块，包括内部设有空腔的外壳，所述外壳表面设有若干个开口，所述外壳内部一侧安装伺服驱动控制器，所述伺服驱动控制器端部通过所述外壳侧面开口与其他外接的模块连接，所述双自由度圆柱关节模块还设有竖直穿过所述外壳上下竖直相对开口且垂直移动和/或旋转的丝杆，所述外壳内部安装有传动机构配合传动所述丝杆，所述传动机构与所述伺服驱动控制器电连接。本技术技术方案中，通过在带有空腔的外壳内部安装有伺服驱动控制器，并且伺服驱动控制器端部可通过外壳侧面开口与其他外接的模块连接，同时外壳内部设有传动机构与伺服驱动控制器电连接从而被驱动，而传动机构对丝杆进行驱动旋转，从而使得丝杆可以绕自身中心轴线旋转，或沿自身中心轴线直线移动、或绕自身中心轴线旋转和沿自身中心轴线直线移动复合的螺旋运动。本技术技术方案，外壳顶端边沿卡合相连有外壳顶盖，外壳底端边沿卡合相连有外壳底盖，外壳顶盖和外壳底盖均设有避让孔，丝杆穿过避让孔以上下轴向移动。通过在外壳的顶端和底端分别卡合相连有外壳顶盖和外壳底盖，以防止外界的灰尘进入外壳内部而影响双自由度圆柱关节模块的工作可靠性。通过在外壳内部集成安装伺服驱动控制器以及传动机构，丝杆方便地以不同的控制方式进行工作，以满足本技术的双自由度圆柱关节模块应用于不同的控制方式和应用场景中。相对于现有技术，本技术技术方案具有结构紧凑合理、控制方式简单以及工作可靠等优点。所述传动机构包括固定于所述外壳内部上法兰盘且与所述伺服驱动控制器电连接的第一伺服电机，所述第一伺服电机的动力输出轴端穿过所述上法兰盘且与第一主同步轮相连；所述上法兰盘另一侧与丝杆螺母固定部相连，所述丝杆螺母转动部与第一从同步轮相连，所述第一主同步轮和所述第一从同步轮以同步带相连传动；所述传动机构还包括固定于所述外壳内部下法兰盘且与所述伺服驱动控制器电连接的第二伺服电机，所述第二伺服电机的动力输出端穿过所述下法兰盘与第二主同步轮相连，所述下法兰盘另一侧与花键螺母固定部相连，所述花键螺母转动部与第二从同步轮相连，所述第二主同步轮和所述第二从同步轮以同步带相连传动，所述丝杆同时穿过所述丝杆螺母转动部中心以及所述花键螺母转动部中心以竖向上下移动。本技术技术方案中，通过伺服驱动控制器分别控制第一伺服电机以及第二伺服电机向外驱动旋转，并且第一伺服电机驱动第一主同步轮，第一主同步轮通过同步带传动第一从同步轮，第一从同步轮驱动丝杆螺母转动部，而第二伺服电机驱动第二主同步轮，第二主同步轮通过同步带传动第二从同步轮，第二从同步轮驱动花键螺母转动部。通过丝杆螺母和花键螺母以不同的驱动方式相互配合作用，从而驱动丝杆以不同的运动方式进行工作。相对于现有技术，本技术的双自由度圆柱关节模块中，丝杆可便捷地以不同方式进行工作，既能减少双自由度圆柱关节模块体积，也能使得双自由度圆柱关节模块具有更多的自由度，从而扩大双自由度圆柱关节模块的应用性能。本技术技术方案中，第一主同步轮和第一从同步轮以同步带相连传动，第二主同步轮和第二从同步轮以同步轮相连传动，可提高第一主同步轮和第一从同步轮之间以及第二主同步轮和第二从同步轮之间的传动可靠性和传动精度。作为优选方案，所述第一伺服电机和所述第二伺服电机的传动轴端方向相反。本技术技术方案中，第一伺服电机和第二伺服电机的传动轴端方向相反，这样使得第一伺服电机和第二伺服电机可并排设置，以使得外壳内部结构更加紧凑，以进一步降低双自由度圆柱关节模块的体积。所述丝杆螺母固定部与所述上法兰盘、所述丝杆螺母转动部与所述第一从同步轮、所述花键螺母固定部与所述下法兰盘、所述花键螺母转动部与所述第二从同步轮以螺栓或螺钉相连。所述第一伺服电机和所述第二伺服电机分别与用于检测角位移和角速度的光电编码器连接。本技术技术方案中，第一伺服电机和第二伺服电机分别与用于检测位移和角速度的光电编码器进行相连，以使得光电编码器实时监控第一伺服电机和第二伺服电机的工作状态，从而使得伺服驱动控制器对第一伺服电机和第二伺服电机以更加精准的方式进行控制，以进一步提高丝杆工作过程的精度。所述第一伺服电机和所述第二伺服电机分别与用于减速增力的减速器相连。通过减速器降低第一伺服电机和第二伺服电机的转速并提高工作扭矩，从而提高双自由度圆柱关节模块工作性能。所述丝杆的上部和/或下部固定连接有限位环。通过设置限位环以控制丝杆竖直上下运动时避免从丝杆螺母或者花键螺母脱落，以保证双自由度圆柱关节模块的使用可靠性。所述外壳顶端边沿卡合相连有外壳顶盖，所述外壳底端边沿卡合相连有外壳底盖，所述外壳顶盖和所述外壳底盖均设有避让孔，所述丝杆穿过所述避让孔以上下轴向移动。本技术技术方案中，外壳顶端边沿卡合相连有外壳顶盖，外壳底端边沿卡合相连有外壳底盖，外壳顶盖和外壳底盖均设有避让孔，丝杆穿过避让孔以上下轴向移动。通过在外壳的顶端和底端分别卡合相连有外壳顶盖和外壳底盖，以防止外界的灰尘进入外壳内部而影响双自由度圆柱关节模块的工作可靠性。相对于现有技术，本技术技术方案具有以下优点：1)结构紧凑合理。通过在外壳内部设置伺服驱动控制器、第一伺服电机、第二伺服电机以及驱动丝杆运动的相应结构，从而使得双自由度圆柱关节模块相对现有技术具有更加紧凑的结构，相应的体积则变小。另外，通过第一伺服电机和第二伺服电机的传动方向相反设置，使得外壳内部结构进一步更加紧凑。2)控制方式简单可靠。本技术技术方案通过第一伺服电机驱动第一主同步轮，第一主同步轮同步带传动第一从同步轮，第一从同步轮驱动丝杆螺母转动部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双自由度圆柱关节模块，其特征在于，包括内部设有空腔的外壳，所述外壳表面设有若干个开口，所述外壳内部一侧安装伺服驱动控制器，所述双自由度圆柱关节模块还设有竖直穿过所述外壳上下竖直相对开口且垂直移动和/或旋转的丝杆，所述外壳内部安装有传动机构配合传动所述丝杆，所述传动机构与所述伺服驱动控制器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种双自由度圆柱关节模块，其特征在于，包括内部设有空腔的外壳，所述外壳表面设有若干个开口，所述外壳内部一侧安装伺服驱动控制器，所述双自由度圆柱关节模块还设有竖直穿过所述外壳上下竖直相对开口且垂直移动和/或旋转的丝杆，所述外壳内部安装有传动机构配合传动所述丝杆，所述传动机构与所述伺服驱动控制器电连接。2.如权利要求1所述的双自由度圆柱关节模块，其特征在于，所述传动机构包括固定于所述外壳内部上法兰盘且与所述伺服驱动控制器电连接的第一伺服电机，所述第一伺服电机的动力输出轴端穿过所述上法兰盘且与第一主同步轮相连；所述上法兰盘另一侧与丝杆螺母固定部相连，所述丝杆螺母转动部与第一从同步轮相连，所述第一主同步轮和所述第一从同步轮以同步带相连传动；所述传动机构还包括固定于所述外壳内部下法兰盘且与所述伺服驱动控制器电连接的第二伺服电机，所述第二伺服电机的动力输出端穿过所述下法兰盘与第二主同步轮相连，所述下法兰盘另一侧与花键螺母固定部相连，所述花键螺母转动部与第二从同步轮相连，所述第二主同步轮和所述第二从同步轮以同步带相连传动，所述丝杆同时穿过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾昭恒，管贻生，谷世超，陈翔，陈新，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东,44