单电机驱动的两自由度关节结构制造技术

本发明专利技术公开了一种单电机驱动的两自由度关节结构，该结构由电机（１）、机架（２）、电机齿轮（３）、第一齿轮（４）、第二齿轮（４′）、十字形交叉轴（５）、第一角位移传感器（６）、第二角位移传感器（６′）、第一磁流变体阻尼器（７）、第二磁流变体阻尼器（７′）和执行部件（８）构成。利用本发明专利技术，通过对两个轴端可控磁流变体阻尼器输出阻尼力矩的控制，实现了单电机对两个自由度运动的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仿生机器人
，尤其涉及一种应用于仿生机器 人的单电机驱动的两自由度关节结构。
技术介绍
两自由度关节指具有两个轴线垂直相交自由度的关节，这种关节 的原型在人体和动物体上普遍存在，研制两自由度关节对各种仿生机 器人具有一定的意义。在自然界，具有2至3个轴线垂直相交自由度的关节在各种动物 体上极为常见，比如人体和其他行走类动物的颈关节、腕关节、踝关 节、指根关节、腰关节，螃蟹和其他爬行类动物的腿根关节等。因此， 对于各种仿生机器人，如何制作具有轴线相交自由度的关节是需要解 决的问题之一。一般情况下，2至3自由度关节的驱动都是采用的全驱动方式，即 驱动电机数与关节的自由度数是相等的，这样常常会给电机的布置带 来麻烦。如果能实现单电机驱动的两自由度关节，可以一定程度上方 便机器人的设计。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种单电机驱动的两自由 度关节结构，以实现单电机对两个自由度运动的控制。(二) 技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种单电机驱动的两自由度关节 结构，该结构由电机1、机架2、电机齿轮3、第一齿轮4、第二齿轮4'、十字形交叉轴5、第一角位移传感器6、第二角位移传感器6'、第一磁流变体阻尼器7、第二磁流变体阻尼器7'和执行部件8构成；其中，机架(2)与执行部件(8)通过十字形交叉轴(5)相联接，机架 (2)与该十字形交叉轴(5)的第一条轴通过轴承相联接，执行部件 (8)与该十字形交叉轴(5)的第二条轴也通过轴承相联接；电机(1)固定安装于机架(2)上，电机齿轮(3)与电机(1) 的输出转轴固定联接，该电机齿轮(3)所在平面平行于所述十字形交 叉轴(5)的第一条轴，电机齿轮(3)的轴线延长线通过十字形交叉 轴(5)的中心点；第一齿轮(4)与所述十字形交叉轴(5)的第一条轴以轴承相联 接，第二齿轮(4')与所述执行部件(8)为固定联接，使电机齿轮(3) 与第一齿轮(4)相啮合，且第一齿轮(4)与第二齿轮(40相啮合；所述十字形交叉轴(5)的第一条轴的两端分别安装有第一角位移 传感器(6)和第一磁流变体阻尼器(7)，所述十字形交叉轴(5)的 第二条轴的两端分别安装有第二角位移传感器(6')和第二磁流变体 阻尼器(7')。优选地，所述第一齿轮(4)与十字形交叉轴(5)以轴承方式相 联接，该两自由度关节绕第一轴线的输出运动并不同于第一齿轮(4) 绕十字形交叉轴(5)第一条轴的运动。优选地，所述第二齿轮(4')与执行部件(8)为固定联接，该两 自由度关节绕第二轴线的输出运动相同于第二齿轮(4')绕十字形交 叉轴第二条轴的运动。优选地，所述第一角位移传感器(6)用于反映该两自由度关节绕 第一轴线的转角，所述第二角位移传感器(6')用于反映该两自由度 关节绕第二轴线的转角，角位移传感器(6)和(6')用于对两自由度 关节运动的反馈控制。优选地，所述第一磁流变阻尼器固定联接于所述机架2上，所述 第二磁流变阻尼器固定联接于执行部件8上，通过对两个轴端阻尼器 输出阻尼的控制，实现单电机对两个自由度的可控驱动。优选地，所述执行部件8绕所述十字形交叉轴5的两条轴所在直5线的运动是这样形成的执行部件8、第二齿轮4'以及十字形交叉轴5整体绕第一轴线转动，执行部件8和第二齿轮4'绕第二轴线转动。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、 本专利技术提供的这种单电机驱动的两自由度关节结构，通过对两 个轴端磁流变阻尼器输出阻尼力矩的控制，实现了单电机对两个自由 度运动的控制。2、 本专利技术提供的这种单电机驱动的两自由度关节结构，由l个电机通过锥齿轮系驱动2个自由度，关节的输入驱动少于自由度数目，属于欠驱动系统，可以一定程度上提高电机的驱动效率。 附图说明图1为本专利技术提供的单电机驱动的两自由度关节的结构示意图2为本专利技术提供的单电机驱动的两自由度关节的原理图3为本专利技术提供的单电机驱动的两自由度关节四种等效工作状 态的示意图1和图2中，l为电机，2为机架，3为电机齿轮，4为第一齿 轮，4'为第二齿轮，5为十字形交叉轴，6为第一角位移传感器，6'为 第二角位移传感器，7为第一磁流变体阻尼器，7'为第二磁流变体阻尼 器，8为执行部件。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1为本专利技术提供的单电机驱动的两自由度关节的 结构示意图，该结构由电机l、机架2、电机齿轮3、第一齿轮4、第 二齿轮4'、十字形交叉轴5、第一角位移传感器6、第二角位移传感器 6'、第一磁流变体阻尼器7、第二磁流变体阻尼器7'和执行部件8构成。 '其中，机架2与执行部件8通过十字形交叉轴5相联接，机架26与该十字形交叉轴5的第一条轴通过轴承相联接，执行部件8与该十字形交叉轴5的第二条轴也通过轴承相联接；电机1固定安装于机架2上，电机齿轮3与电机1的输出转轴固 定联接，该电机齿轮3所在平面平行于所述十字形交叉轴5的第一条 轴，电机齿轮3的轴线延长线通过十字形交叉轴5的中心点；第一齿轮4与所述十字形交叉轴5的第一条轴以轴承相联接，第 二齿轮4'与所述执行部件8为固定联接，使电机齿轮3与第一齿轮4 相啮合，且第一齿轮4与第二齿轮4'相啮合；所述十字形交叉轴5的第一条轴的两端分别安装有第一角位移传 感器6和第一磁流变体阻尼器7，所述十字形交叉轴5的第二条轴的两 端分别安装有第二角位移传感器6'和第二磁流变体阻尼器7'。所述第一齿轮4与十字形交叉轴5以轴承方式相联接，故该两自 由度关节绕第一轴线的输出运动并不同于第一齿轮4绕十字形交叉轴 5第一条轴的运动。所述第二齿轮4'与执行部件8为固定联接，故该两自由度关节绕 第二轴线的输出运动相同于第二齿轮4'绕十字形交叉轴第二条轴的运 动。所述第一角位移传感器6用于反映该两自由度关节绕第一轴线的 转角，所述第二角位移传感器6'用于反映该两自由度关节绕第二轴线 的转角，角位移传感器6和6'用于对两自由度关节运动的反馈控制。所述第一磁流变阻尼器固定联接于所述机架2上，所述第二磁流 变阻尼器固定联接于执行部件8上，通过对两个轴端阻尼器输出阻尼 的控制，实现单电机对两个自由度的可控驱动。所述执行部件8绕所述十字形交叉轴5的两条轴所在直线的运动 是这样形成的执行部件8、第二齿轮4'以及十字形交叉轴5整体绕 第一轴线转动，执行部件8和第二齿轮4'绕第二轴线转动。单电机驱动的两自由度关节的原理设计如图2所示，图2为本发 明提供的单电机驱动的两自由度关节的原理图。机架与执行部件通过 十字形交叉轴相联接。十字形交叉轴的两个垂直相交轴分别为第一条7轴、第二条轴，第一条轴、第二条轴分别以轴承安装在机架和执行部 件上。电机固定安装于机架上，第一齿轮则以轴承与第一条轴相联接， 电机齿轮与第一齿轮有传动配合，假设传动比为Z,。。第二齿轮与执行 部件为一体，第一齿轮、第二齿轮之间具有传动配合，假设传动比为/21 。 第一条轴、第二条轴各有两个轴端，分别安装有角位移传感器和磁流 变体阻尼器第一角位移传感器反映整个十字形交叉轴绕第一条轴的 转角，第二角位移传感器反映执行部件绕第二条轴的转角；第一阻尼 器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单电机驱动的两自由度关节结构，其特征在于，该结构由电机（１）、机架（２）、电机齿轮（３）、第一齿轮（４）、第二齿轮（４′）、十字形交叉轴（５）、第一角位移传感器（６）、第二角位移传感器（６′）、第一磁流变体阻尼器（７）、第二磁流变体阻尼器（７′）和执行部件（８）构成；其中，　机架（２）与执行部件（８）通过十字形交叉轴（５）相联接，机架（２）与该十字形交叉轴（５）的第一条轴通过轴承相联接，执行部件（８）与该十字形交叉轴（５）的第二条轴通过轴承相联接；电机（１）固定安装于机架（２）上，电机齿轮（３）与电机（１）的输出转轴固定联接，电机齿轮（３）所在平面平行于所述十字形交叉轴（５）的第一条轴，电机齿轮（３）的轴线延长线通过十字形交叉轴（５）的中心点；　第一齿轮（４）与所述十字形交叉轴（５）的第一条轴以轴承相联接，第二齿轮（４′）与所述执行部件（８）为固定联接，使电机齿轮（３）与第一齿轮（４）相啮合，且第一齿轮（４）与第二齿轮（４′）相啮合；所述十字形交叉轴（５）的第一条轴的两端分别安装有第一角位移传感器（６）和第一磁流变体阻尼器（７），所述十字形交叉轴（５）的第二条轴的两端分别安装有第二角位移传感器（６′）和第二磁流变体阻尼器（７′）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杨宇，李成荣，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]