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专利号: 2021115909534
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种刚柔耦合式机器人手腕关节,其特征在于,包括机器人手(15)、系绳收放模块、信号转换模块、球电机驱动模块和多自由度压电球电机模块;

机器人手(15)的手腕关节与多自由度压电球电机模块相连,多自由度压电球电机模块与球电机驱动模块相连,球电机驱动模块通过信号转换模块与系绳收放模块相连;系绳收放模块的关节驱动信号通过信号转换模块进行信号转换后发送给球电机驱动模块,球电机驱动模块根据接收的信号驱动多自由度压电球电机模块,多自由度压电球电机模块进而驱动机器人手(15)的手腕关节,球电机驱动模块检测多自由度压电球电机模块的位置信号并反馈回信号转换模块,信号转换模块根据反馈信号对系绳收放模块进行调节,从而实现手腕关节的控制。

2.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合式机器人手腕关节,其特征在于,所述的多自由度压电球电机模块包括定子支架(2)、预紧板簧(3)、行波定子(4)、球形转子(5)、电机底座(7)、内置球铰模块、外置自锁模块和输出杆(20);

电机底座(7)的下端面与球电机驱动模块固定连接,电机底座(7)的上端面固定安装有多个沿圆周等间隔布置的定子支架(2),每个定子支架(2)靠近圆心的侧面与行波定子(4)固定连接,每个定子支架(2)与行波定子(4)之间还设置有预紧板簧(3),在多个行波定子(4)之间的空隙中嵌装有球形转子(5),多个行波定子(4)与球形转子(5)的外圆周面相切;

球形转子(5)上固定安装有外置自锁模块,外置自锁模块上固定安装有输出杆(20),输出杆(20)与机器人手(15)的手腕关节同轴固定连接,球形转子(5)的内部设置有内置球铰模块,内置球铰模块固定安装在电机底座(7)中,内置球铰模块与外置自锁模块之间通过螺纹配合,内置球铰模块与外置自锁模块之间通过螺纹固连,则球形转子(5)的轴向自锁。

3.根据权利要求2所述的一种刚柔耦合式机器人手腕关节,其特征在于,所述的内置球铰模块包括球铰杆(1)和球铰杆顶盖(9);

所述球形转子(5)的中部在竖直方向上开有安装通孔,安装通孔上部的直径大于安装通孔下部的直径并且安装通孔中部设置为漏斗状的圆弧孔,球铰杆(1)的一端设置为球状,球铰杆(1)的另一端设置为杆状,球铰杆(1)杆状的一端从上穿过安装通孔后与电机底座(7)连接,球铰杆(1)球状的一端正好卡在安装通孔中部的漏斗状的圆弧孔中,从而使得球铰杆(1)固定安装在球形转子(5)的中部;靠近球铰杆(1)球状的一端的安装通孔上部还设置有球铰杆顶盖(9),球铰杆顶盖(9)与球铰杆(1)球状的一端接触;球铰杆(1)球状一端的顶部还开设有盲孔,外置自锁模块的下部穿过球铰杆顶盖(9)后设置在盲孔中与球铰杆(1)球状的一端进行螺纹连接,从而实现球形转子(5)的轴向自锁。

4.根据权利要求2所述的一种刚柔耦合式机器人手腕关节,其特征在于,所述的外置自锁模块包括锁死电机(6)、传动销(11)、电机顶盖(29)、自锁螺杆(13)和内衬套(14);

电机顶盖(29)固定安装在球形转子(5)上,电机顶盖(29)上固定安装有输出杆(20),电机顶盖(29)的中部开有顶盖通孔,顶盖通孔中安装有自锁螺杆(13)和内衬套(14),自锁螺杆(13)外同轴套装有内衬套(14),自锁螺杆(13)的上端设置有锁死电机(6),锁死电机(6)的输出轴通过传动销(11)与自锁螺杆(13)的上端同轴固定连接,自锁螺杆(13)的下端与内置球铰模块的上部通过螺纹配合,锁死电机(6)的驱动,使得与锁死电机(6)的输出轴同轴连接的自锁螺杆(13)向下旋转运动后,自锁螺杆(13)的下端与内置球铰模块的上部通过螺纹固定连接,则实现球形转子(5)的轴向自锁。

5.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合式机器人手腕关节,其特征在于,所述的球电机驱动模块包括连接轴(16)和电机驱动器(18);

连接轴(16)的两端分别与信号转换模块、球电机驱动模块固定连接,连接轴(16)中固定安装有电机驱动器(18),电机驱动器(18)分别与信号转换模块、球电机驱动模块电连接。

6.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合式机器人手腕关节,其特征在于,所述的信号转换模块包括信号转换器(17),信号转换器(17)的两端分别与系绳收放模块和球电机驱动模块均固定连接,信号转换器(17)的输出端还与电机驱动模块电连接,信号转换器(17)的输入端还与系绳收放模块电连接。

7.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合式机器人手腕关节,其特征在于,所述的系绳收放模块包括固定桁架(27)、系绳(26)、张紧轮(28)、轮毂电机(25)、底座(23)和电机支架(24);

固定桁架(27)的两端分别与信号转换模块和底座(23)固定连接,底座(23)上间隔地固定安装有多个电机支架(24),每个电机支架(24)上安装有轮毂电机(25),每个电机支架(24)上还通过连接杆固定安装有张紧轮(28),张紧轮(28)上设置有压力传感器,用于测量系绳(26)压力,张紧轮(28)上的压力传感器和轮毂电机(25)均与信号转换模块电连接,信号转换模块和底座(23)之间设置有多根系绳(26),每根系绳(26)的一端固定安装在信号转换模块,每根系绳(26)的另一端绕过张紧轮(28)后固定在对应的轮毂电机(25)上,每根系绳(26)卷绕在对应的轮毂电机(25)上,轮毂电机(25)的转动实现系绳(26)的收放。