一种并联式三自由度人形机器人关节制造技术

本实用新型专利技术提供一种并联式三自由度人形机器人关节，包括：第一传动系统、第二传动系统、第三传动系统、第四传动系统、辅助传动系统、L型支架，所述L型支架上有配合孔，所述第一传动系统、第四传动系统和辅助传动系统与L型支架连接，所述第二传动系统与第一传动系统连接，所述第三传动系统与第二传动系统连接；本实用新型专利技术结构紧凑、刚度大、承载能力强；减速比较大、传动平稳并能实现自锁；并且关节具有三个转动自由度并汇于一点，外加一个整体的转动自由度，使得关节结构与人类关节更为接近，并能更好地模拟人类关节运动；同时，能够得到较大的减速比，并且传动平稳、噪音小、能够实现自锁以保持关节的动作姿态。

A Parallel 3-DOF Humanoid Robot Joint

The utility model provides a parallel three-degree-of-freedom humanoid robot joint, which comprises a first transmission system, a second transmission system, a third transmission system, a fourth transmission system, an auxiliary transmission system and an L-type bracket. The L-type bracket has a matching hole. The first transmission system, the fourth transmission system and an auxiliary transmission system are connected with the L-type bracket, and the second transmission system is connected with the L-type bracket. The first transmission system is connected, and the third transmission system is connected with the second transmission system; the structure of the utility model is compact, the rigidity is large, the bearing capacity is strong; the deceleration is large, the transmission is stable and the self-locking can be realized; and the joint has three degrees of freedom of rotation and converges at one point, plus an integral degree of freedom of rotation, which makes the joint structure closer to and better able to human joints. At the same time, it can get a large deceleration ratio, and drive smoothly, with low noise, and can achieve self-locking to maintain the motion posture of the joint.

【技术实现步骤摘要】
一种并联式三自由度人形机器人关节
本技术涉及机器人关节
，具体为一种并联式三自由度人形机器人关节。
技术介绍
人形机器人是机器人技术的高级发展阶段，它是集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体的高度交叉的前沿学科。而人形机器人的关节结构设计是人形机器人设计的一个难点。目前人形机器人关节主要采用的是串联和并联结构。串联结构由多个单转动副串联而成，控制上容易实现，而且结构简单。但是多个转动副串联的形式使得结构体积庞大、承载能力差、刚度小，并且各个转动轴不能交于一点，与人的关节结构有较大差距。并联结构在结构上与人更接近，即各个转动轴相互正交并尽量地汇于一点，并且结构紧凑、承载能力大、刚度大。但是并联结构的整体结构复杂、制造成本高、工作空间小，不能完全模拟人类关节的运动。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题在于提供一种并联式三自由度人形机器人关节，以解决上述
技术介绍
中的问题。本技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种并联式三自由度人形机器人关节，包括：第一传动系统、第二传动系统、第三传动系统、第四传动系统、辅助传动系统、L型支架，所述L型支架上有配合孔，所述第一传动系统、第四传动系统和辅助传动系统与L型支架连接，所述第二传动系统与第一传动系统连接，所述第三传动系统与第二传动系统连接；第一传动系统带动第二传动系统和第三传动系统一同侧摆运动，第二传动系统带动第三传动系统一同自转，第三传动系统做正摆运动，而第四传动系统带动整体结构一同转动，并且由辅助系统实现第一传动系统和第四传动系统的切换。所述第一传动系统包括第一电机、摆动盘、摆动轴销、第一主动圆柱齿轮、第一从动圆柱齿轮、大蜗杆、大蜗轮、大蜗杆镶套、大蜗轮周向镶套、大蜗轮端面镶套、蜗轮端盖，第一电机通过螺钉与摆动盘固连，摆动盘则通过摆动轴销与L型支架连接，通过紧定螺钉将摆动轴销与L型支架固连，轴和孔采用间隙配合，摆动盘则绕着摆动轴销来回摆动；第一主动圆柱齿轮经键连接在第一电机的轴上，采用小过盈配合使其轴向固定，并且与第一从动圆柱齿轮啮合；大蜗杆带键槽轴端依次从L型支架的三个大蜗杆配合孔中穿过，并按照装配顺序在轴孔间隙中压入三个大蜗杆镶套；大蜗杆带键槽轴端与第一从动圆柱齿轮经键相连，并对大蜗杆轴端进行铆压使齿轮轴向定位，大蜗杆另一端轴端带有外螺纹，配以锁紧螺母调整至合适位置，使其轴向定位。所述大蜗轮安放在L型支架的蜗轮配合孔中，并与大蜗杆啮合实现关节的侧摆运动，配合孔中事先压入大蜗轮周向镶套；大蜗轮外端面装上大蜗轮端面镶套，并将蜗轮端盖经螺钉固连在大蜗轮外端面以作定位用，大蜗轮内端面装上大蜗轮端面镶套，并通过螺钉和第二传动系统的连接架固连，并通过定位销和大蜗轮的定位凸台定位。所述第二传动系统为平面轴承式结构，包括第二电机、连接架、第二主动圆柱齿轮、齿轮挡板、钢珠、浮动滑块、弹簧、齿轮法兰，所述连接架上有3个沿圆弧分布的通孔贯穿连接架的上下端面，圆弧的圆心为转动中心，并且每个孔两端都有定位沉头孔；连接架通过螺钉与第一传动系统的大蜗轮固定连接，并通过定位销和大蜗轮凸台定位；第二电机输出轴朝下放置，并放入连接架上的电机安装槽中，通过螺钉固定，其输出轴上有定位轴肩，轴端面有内螺纹孔；第二主动圆柱齿轮经键与第二电机输出轴相连，并由轴上的定位轴肩和齿轮挡板轴向定位，齿轮挡板则通过螺钉紧固于电机轴端面；浮动滑块通过连接架通孔的上下端面装入其中，由定位沉头孔定位，并且每一对浮动滑块之间都设有弹簧；钢珠按顺序依次装到浮动滑块的球窝中，齿轮法兰通过两端的滚道与钢珠接触滚动，齿轮法兰的底端带有齿轮，与第二主动圆柱齿轮啮合实现关节的自转运动，并且齿轮法兰通过其外圆上的梅花型通孔与第三传动系统连接，所述弹簧处于压缩状态，通过预紧力将两端浮动滑块向外撑开，以支承齿轮法兰、第三传动系统以及后续结构的重量。所述第三传动系统为蜗轮蜗杆减速器，包括第三电机、底板、箱体、减速器圆柱齿轮、蜗杆齿轮、减速器蜗轮、齿轮镶套、蜗轮凸台镶套、箱盖、梅花轴；箱体底部有凹槽来安放减速器圆柱齿轮和蜗杆齿轮的齿轮部分，上部分为两边支承中间镂空的结构，用来安放减速器蜗轮，底部凹槽处有中心孔和偏置孔直至上部分镂空处；箱体的中心孔与偏置孔均装入齿轮镶套，减速器圆柱齿轮带有D型孔，安放在箱体底部中心孔位置，蜗杆齿轮的蜗杆部分穿过箱体偏置孔和齿轮镶套，直至其齿轮部分到底部偏置孔处，并与减速器圆柱齿轮啮合；底板的中心孔与偏置孔亦装入齿轮镶套，通过螺钉与箱体底部固连，蜗杆齿轮下轴端穿入底板偏置孔；减速器圆柱齿轮和蜗杆齿轮齿部分上下端面均与齿轮镶套接触，第三电机通过螺钉与底板固连，其输出轴为D型轴，通过底板中心孔穿过减速器圆柱齿轮的D型孔，再穿入箱体中心孔和齿轮镶套；减速器蜗轮加工有梅花型通孔并且两端带有凸台，将蜗轮凸台镶套套在凸台上，并放在箱体上部分两边支承的半圆孔上，使得减速器蜗轮与蜗杆齿轮的蜗杆部分啮合实现关节正摆运动；箱盖同样带有半圆孔，通过螺钉与箱体顶部固连；将装配完成的部分由第二传动系统的齿轮法兰的开口部分塞入，将梅花轴由齿轮法兰的梅花型孔中穿入，并穿过减速器蜗轮的梅花型通孔，从齿轮法兰另一边的梅花型孔穿出，并在两边装上轴用弹性挡圈来轴向固定，由于梅花轴与减速器蜗轮以及第二传动系统的齿轮法兰固连，则第三传动系统中减速器蜗轮不动，蜗杆齿轮自转并带动其余部分沿减速器蜗轮公转，实现正摆运动。所述第四传动系统包括第一电机、摆动盘、摆动轴销、第一主动圆柱齿轮、第二从动圆柱齿轮、小蜗杆、小蜗杆镶套、小蜗轮、小蜗轮镶套、固定轴镶套、固定轴，第四传动系统与第一传动系统共用第一电机、摆动盘、摆动轴销及第一主动圆柱齿轮，第一电机通过螺钉与摆动盘固连，摆动盘则通过摆动轴销与L型支架连接，通过紧定螺钉将摆动轴销与L型支架固连，轴和孔采用间隙配合，摆动盘绕着摆动轴销来回摆动；第一主动圆柱齿轮经键连接在第一电机的轴上，采用小过盈配合使其轴向固定，并且与第二从动圆柱齿轮啮合；小蜗杆带键槽轴端依次从L型支架的两个小蜗杆配合孔中穿过，并按照装配顺序在轴孔间隙中压入两个小蜗杆镶套。所述小蜗杆带键槽轴端与第二从动圆柱齿轮经键相连，并对小蜗杆轴端进行铆压使齿轮轴向定位，小蜗杆另一端轴端带有外螺纹，并将固定轴由L型支架的固定轴安装孔中自下而上穿过，使得小蜗轮和小蜗杆啮合，孔两端有沉头孔，事先装入了固定轴镶套；固定轴两端固定在外接支架上以支撑整体结构，小蜗轮与固定轴固定连接，小蜗杆自转并带动整体结构沿小蜗轮公转。所述辅助传动系统包括辅助电机和拨块，辅助电机通过螺钉固定在L型支架上，拨块经紧定螺钉固定在辅助电机轴上，拨块一端的凸台插入第一传动系统和第四传动系统共用的摆动盘的滑槽中，带着摆动盘来回摆动，从而实现第一传动系统和第四传动系统的切换。与已公开技术相比，本技术存在以下优点：本技术结构紧凑、刚度大、承载能力强；由于采用蜗轮蜗杆传动，使得减速比较大、传动平稳并能实现自锁；并且关节具有三个转动自由度并汇于一点，外加一个整体的转动自由度，使得关节结构与人类关节更为接近，并能更好地模拟人类关节运动；同时，采用了很多蜗轮蜗杆传动结构，能够得到较大的减速比，并且传动平稳、噪音小、能够实现自锁以保持关节的动作姿态。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联式三自由度人形机器人关节，其特征在于：包括：第一传动系统、第二传动系统、第三传动系统、第四传动系统、辅助传动系统、L型支架，所述L型支架上有配合孔，所述第一传动系统、第四传动系统和辅助传动系统与L型支架连接，所述第二传动系统与第一传动系统连接，所述第三传动系统与第二传动系统连接；第一传动系统带动第二传动系统和第三传动系统一同侧摆运动，第二传动系统带动第三传动系统一同自转，第三传动系统做正摆运动，而第四传动系统带动整体结构一同转动，并且由辅助系统实现第一传动系统和第四传动系统的切换。

【技术特征摘要】
1.一种并联式三自由度人形机器人关节，其特征在于：包括：第一传动系统、第二传动系统、第三传动系统、第四传动系统、辅助传动系统、L型支架，所述L型支架上有配合孔，所述第一传动系统、第四传动系统和辅助传动系统与L型支架连接，所述第二传动系统与第一传动系统连接，所述第三传动系统与第二传动系统连接；第一传动系统带动第二传动系统和第三传动系统一同侧摆运动，第二传动系统带动第三传动系统一同自转，第三传动系统做正摆运动，而第四传动系统带动整体结构一同转动，并且由辅助系统实现第一传动系统和第四传动系统的切换。2.根据权利要求1所述的一种并联式三自由度人形机器人关节，其特征在于：所述第一传动系统包括第一电机、摆动盘、摆动轴销、第一主动圆柱齿轮、第一从动圆柱齿轮、大蜗杆、大蜗轮、大蜗杆镶套、大蜗轮周向镶套、大蜗轮端面镶套、蜗轮端盖，第一电机通过螺钉与摆动盘固连，摆动盘则通过摆动轴销与L型支架连接，通过紧定螺钉将摆动轴销与L型支架固连，轴和孔采用间隙配合，摆动盘则绕着摆动轴销来回摆动；第一主动圆柱齿轮经键连接在第一电机的轴上，采用小过盈配合使其轴向固定，并且与第一从动圆柱齿轮啮合；大蜗杆带键槽轴端依次从L型支架的三个大蜗杆配合孔中穿过，并按照装配顺序在轴孔间隙中压入三个大蜗杆镶套；大蜗杆带键槽轴端与第一从动圆柱齿轮经键相连，并对大蜗杆轴端进行铆压使齿轮轴向定位，大蜗杆另一端轴端带有外螺纹，配以锁紧螺母调整至合适位置，使其轴向定位。3.根据权利要求2所述的一种并联式三自由度人形机器人关节，其特征在于：所述大蜗轮安放在L型支架的蜗轮配合孔中，并与大蜗杆啮合实现关节的侧摆运动，配合孔中事先压入大蜗轮周向镶套；大蜗轮外端面装上大蜗轮端面镶套，并将蜗轮端盖经螺钉固连在大蜗轮外端面以作定位用，大蜗轮内端面装上大蜗轮端面镶套，并通过螺钉和第二传动系统的连接架固连，并通过定位销和大蜗轮的定位凸台定位。4.根据权利要求1或3所述的一种并联式三自由度人形机器人关节，其特征在于：所述第二传动系统为平面轴承式结构，包括第二电机、连接架、第二主动圆柱齿轮、齿轮挡板、钢珠、浮动滑块、弹簧、齿轮法兰，所述连接架上有3个沿圆弧分布的通孔贯穿连接架的上下端面，圆弧的圆心为转动中心，并且每个孔两端都有定位沉头孔；连接架通过螺钉与第一传动系统的大蜗轮固定连接，并通过定位销和大蜗轮凸台定位；第二电机输出轴朝下放置，并放入连接架上的电机安装槽中，通过螺钉固定，其输出轴上有定位轴肩，轴端面有内螺纹孔；第二主动圆柱齿轮经键与第二电机输出轴相连，并由轴上的定位轴肩和齿轮挡板轴向定位，齿轮挡板则通过螺钉紧固于电机轴端面；浮动滑块通过连接架通孔的上下端面装入其中，由定位沉头孔定位，并且每一对浮动滑块之间都设有弹簧；钢珠按顺序依次装到浮动滑块的球窝中，齿轮法兰通过两端的滚道与钢珠接触滚动，齿轮法兰的底端带有齿轮，与第二主动圆柱齿轮啮合实现关节的自转运动，并且齿轮法兰通过其外圆上的梅花型通孔与第三传动系统连接，所述弹簧处于压缩状态，通过预紧力将两端浮动滑块向外撑开，以支承齿轮法兰、第三传动系统以及后续结构的重量。5.根据权利要求1或3所述的一种并联式三自由度人形机器人关...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛德和，
申请(专利权)人：上海哲谦应用科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31