超声电机直接驱动的机器人灵巧手手指关节机构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超声电机直接驱动的机器人灵巧手手指关节机构，它包括两个灵巧手手指指节通过关节转轴铰连，灵巧手手指指节有长矩形空腔，通过夹持滑块滑动配置超声电机；夹持滑块下底固定第一薄片形强磁磁铁，灵巧手手指指节内腔底部固定第二薄片形强磁磁铁，两磁铁的相同磁极相对，在磁力施加的预压力下，超声电机的输出端面抵压在关节转轴上；关节转轴与所述一个灵巧手手指指节转动连接，与另一灵巧手手指指节固定连接。本实用新型专利技术在灵巧手手指内部集成电机及直接驱动输出，省去了中间转换装置，以及关节转轴与电机输出轴一体化，使得机器人灵巧手手指结构简单、灵敏度高、随动性好，响应迅速，更利于精确控制，集成化。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机器人灵巧手手指关节机构，特别是一种超声电机直接驱动 的机器人灵巧手手指关节机构。
技术介绍
超声电机是利用压电材料的逆压电效应，把电能转换为机械能，并利用压电振子 的驱动足特定的振动方式，在驱动足的端部产生椭圆运动，通过摩擦作用推动从动件产生 宏观运动的驱动装置。通过预压力装置的作用，使电机振子的驱动足与动子保持接触。相对 于传统电机，超声电机具有单位体积输出功率大、不受电磁干扰、位移分辨率高、响应迅速、 运行安静无噪声等特点。机器人灵巧手是为多任务而研究开发的一种智能型通用机械手。经过几十年的研 制开发，机器人灵巧手的研究取得了许多有应用价值的成果，相继诞生了一批著名的灵巧 手。已研制出的灵巧手多从结构和功能上模仿人手，为多指多关节机械手，其中较多的灵巧 手采用了通过电磁驱动器带动腱传动系统进行手指关节的远距离驱动的结构。由于电磁电 机要产生较大的转矩必须采用减速机构，因而此类灵巧手一般结构复杂，灵巧手的控制精 度和响应速度受到限制。一般来说，灵巧手的自由度越多，设计难度越大，目前机器人灵巧 手都有一个主要的困难即当机械手有效自由度的数目超过某个值时，如果想使其尺寸接 近人手，那么把众多驱动器安置在手腕或手掌里是非常困难的。
技术实现思路
本技术的目的在于针对已有技术的缺陷，提供一种超声电机直接驱动的机器 人灵巧手手指关节机构。该机构结构简单，灵敏性高，随动性好。为达到上述目的，本实用新 型的构思是充分利用超声电机低速大扭矩、体积小和重量轻、快速响应特性和静音运转， 尤其是超声电机的自锁力矩大，可以实现断电后仍然可以抓住物体等优点，摒弃现有机器 人灵巧手的“驱动器一减速器一传动机构一关节转动”的传统驱传动方案，将驱动系统集成 到灵巧手手指中，直接驱动机器人灵巧手关节运动。机器人灵巧手关节驱动系统由超声电机、夹持滑块、强磁磁铁、驱动转轴等组成， 驱动转轴既是超声电机的输出轴，也是灵巧手手指的关节转轴，由超声电机直接驱动灵巧 手关节运动。整个驱动系统都包含在灵巧手手指指节内部。使用了上海大学研制的短柱 棒型超声电机，该电机主体的截面为方形，电机有两个振动节点，可使用紧定螺钉把超声电 机固定在夹持滑块上，超声电机和夹持滑块作为一个整体可以在灵巧手手指内部导轨上滑 动。一般超声电机的定转子之间的预压力均由预压力弹簧提供，由此导致了结构不紧凑，导 致手指指节细长，为克服了预压力装置结构复杂，占用空间大的缺点，提出了一种利用磁斥 力加压的预压力装置。夹持滑块的底部固定一片强磁磁铁薄片，灵巧手手指指节内安装一 片强磁磁铁，两片磁铁相同磁极相对，两片磁铁之间的排斥力推动夹持滑块及超声电机沿 导轨滑动，使得超声电机的输出端贴紧关节转轴，从而驱动关节运动。为了减轻灵巧手手指的重量，去除保证手指结构强度要求之外的材料。根据上述技术构思，本技术采用下述技术方案—种超声电机直接驱动的机器人灵巧手手指关节结构，包括两个灵巧手手指指节 通过一个关节转轴铰连，其特征在于灵巧手指指节有长矩形空腔，通过一个夹持滑块滑动 配置一个超声电机；夹持滑块下底固定一块第一薄片型强磁磁铁，灵巧手手指指节内腔底 部固定一块第二薄片形强磁磁铁，两磁铁的相同磁极相对，在磁力施加的预压力下，超声电 机的输出端面抵压在所述关节转轴上；关节转轴与所述一个灵巧手手指指节转动连接，而 与另一灵巧手手指指节固定连接。上述夹持滑块为方形体，外壁与所述灵巧手手指指节内壁滑配，内部为方形腔安 置所述超声电机，超声电机的输出端伸出夹持滑块。上述超声电机为短柱棒型超声电机；其输出端为细长形矩形面，输出端面与所述 关节转轴相切，输出端矩形面的长边与关节转轴中心线平行；所述超声电机有两个振动节 点，由两个紧定螺钉夹持超声电机的两个振动节点固定安装在所述夹持滑块内。上述关节转轴为空心轴，通过两个小轴承支承于一根中心轴上，所述中心轴的两 端与所述的一个灵巧手手指指节固定连接，所述关节转轴的两端面各通过两个紧定螺钉与 所述另一个灵巧手手指指节固定连接。本技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点在灵巧 手手指内部集成电机及直接驱动输出，省去了中间转换装置，以及关节转轴与电机输出轴 一体化，使得机器人灵巧手手指结构简单、灵敏度高、随动性好，响应迅速，更利于精确控 制，集成化。附图说明图1是灵巧手一个关节的外部立体图。图2是机器人灵巧手手指指节外部结构示意图。图3是图2中A-A处剖视图。具体实施方式本技术的优先实施例结合附图说明如下实施例一参见图1、图2、图3，本超声电机直接驱动的机器人灵巧手手指关节结 构包括两个灵巧手手指指节1、2通过一个关节转轴3铰连，所述灵巧手指指节1有长矩形 空腔，通过一个夹持滑块8滑动配置一个超声电机6 ；所述夹持滑块8下底固定一块第一薄 片型强磁磁铁9，所述灵巧手手指指节1内腔底部固定一块第二薄片形强磁磁铁10，所述两 磁铁9、10的相同磁极相对，在磁力施加的预压力下，所述超声电机6的输出端面抵压在所 述关节转轴3上；所述关节转轴3与所述一个灵巧手手指指节1转动连接，而与另一灵巧手 手指指节2固定连接。实施例二 本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下所述夹持滑块8为方形 体，外壁与所述灵巧手手指指节1内壁滑配，内部为方形腔安置所述超声电机6，超声电机6 的输出端伸出夹持滑块8。所述超声电机6为短柱棒型超声电机；其输出端为细长形矩形 面，输出端面与所述关节转轴3相切，输出端矩形面的长边与关节转轴3中心线平行；所述超声电机6有两个振动节点，由两个紧定螺钉7夹持超声电机6的两个振动节点固定安装 在所述夹持滑块8内。所述关节转轴3为空心轴，通过两个小轴承4支承于一根中心轴5 上，所述中心轴5的两端与所述的一个灵巧手手指指节1固定连接，所述关节转轴3的两端 面各通过两个紧定螺钉11与所述另一个灵巧手手指指节2固定连接。 实施例三本技术选用了短柱棒型超声电机，该类型超声电机的特点是，电机 的输出端是一细长形矩形面，超声电机有两个振动节点。在图2中，使用两个紧定螺钉7夹 持超声电机6的两个节点，把超声电机6固定在空心夹持滑块8上，超声电机6的输出端面 与关节转轴3相切，电机输出端矩形面的长边与关节转轴3中心线平行。灵巧手手指指节1 内部空心，截面为方框形，夹持滑块8可以在灵巧手手指指节1内滑动，方框形导轨限制了 夹持滑块8的转动，使超声电机6的输出端面与关节转轴3间能保持较大的接触面。在夹 持滑块8的尾部固定一片薄片形强磁磁铁9，在灵巧手手指指节1内部安装一片薄片形强磁 磁铁10，在安装强磁磁铁时，强磁磁铁9与强磁磁铁10相同的磁极处在对立面，强磁磁铁 10与强磁磁铁9之间的排斥力推动夹持滑块8使得超声电机6的输出端贴紧关节转轴3， 通过超声电机6的输出端和关节转轴3间的摩擦作用推动关节转轴3转动，关节转轴3固 定在前面的灵巧手手指指节2上，从而推动灵巧手手指指节2运动，实现关节的转动。给超 声电机6输入不同的信号可以使关节转轴3正转或反转，实现手指关节的屈伸运动。使用 不同规格的强磁磁铁或调整强磁磁铁9与强磁磁铁10之间的距离可以调节预压力的大小。 超声电机、灵巧手指手指和夹持滑块等均使用不导磁的材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声电机直接驱动的机器人灵巧手手指关节结构，包括两个灵巧手手指指节（１、２）通过一个关节转轴（３）铰连，其特征在于：ａ．所述灵巧手指指节（１）有长矩形空腔，通过一个夹持滑块（８）滑动配置一个超声电机（６）；ｂ．所述夹持滑块（８）下底固定一块第一薄片型强磁磁铁（９），所述灵巧手手指指节（１）内腔底部固定一块第二薄片形强磁磁铁（１０），所述两磁铁（９、１０）的相同磁极相对，在磁力施加的预压力下，所述超声电机（６）的输出端面抵压在所述关节转轴（３）上；ｃ．所述关节转轴（３）与所述一个灵巧手手指指节（１）转动连接，而与另一灵巧手手指指节（２）固定连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝东，郭灵聪，何永义，郭帅，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：实用新型
国别省市：31