[发明专利]机器人的关节驱动装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人，特别涉及机器人的关节驱动装置，即直流伺服电机与气动人工肌肉相结合的机器人关节驱动装置。 

背景技术

人或模拟人体肢体功能的机器人的肢体关节，在某一运动平面内，均表现为正反方向的旋转运动。目前，机器人的关节驱动装置主要有两种：1、采用电机带动齿轮传动，这种驱动装置定位精度高，刚性好、承载能力强，但电机的功率/重量比小，输出力矩小，且急速快停快动时易造成大的冲击，动作平滑性差；2、采用气动人工肌肉驱动，以拉伸钢缆传动，这种驱动装置柔顺性好，功率/重量比大，动作平滑，响应快，也最接近人体肌肉的运动特点，但气动人工肌肉是一种典型的单向柔性驱动器件，其缩放运动受外载荷变化的影响大。

由于电机驱动的功率/重量比小、输出力矩小，在需要较大力矩时，相对于气动人工肌肉驱动而言电机驱动的重量体积较大，难以实现机器人的小型化；特别是在正向运动需要较大力矩，而反向运动需要较小力矩时，单一采用电机驱动在正反两个方向上所需驱动力是极不匹配的。而气动人工肌肉是一种典型的单向柔性驱动器件，其缩放运动受外载荷变化的影响大，当驱动负载短时间发生较大变化时，或急停急动等情况发生时，会引发气动人工肌肉胶管沿轴向的颤动，会造成很大的定位误差，同时也会造成人工肌肉系统的动态不稳定性。 

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题，将电机这种典型刚性驱动器件，与气动人工肌肉这种典型柔性驱动器件相结合，构成一种刚柔结合的机器人关节驱动装置，在机器人关节的不同运动方向上，充分发挥各自的性能优势，实现一种在柔顺性、定位精度和功率/重量比方面，达到综合优化的一种新型机器人关节驱动装置。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明是一种机器人的关节驱动装置，包括气动人工肌肉驱动部1，直流伺服电机驱动部2，机器人关节部3，机器人关节转角测量部4，第一肢体5和第二肢体6，其特征在于：气动人工肌肉驱动部1位于第二肢体6的上部，通过固定件固定于第二肢体6上，其前端通过拉伸钢缆101与固定在第一肢体5后端的转动轮13连接；直流伺服电机驱动部2通过固紧套203固定于第二肢体6的一侧，其前端固联的齿轮201与固定在第一肢体5后端的齿轮301啮合；机器人关节部3通过螺钉将第一肢体5的后端与其转动轮13固定在一起，通过转动轴14铰接于第二肢体6的前端；机器人关节转角测量部4位于机器人关节部3的上部，通过支撑板404用螺钉403固定于机器人关节部3的固定套305上；第一肢体5绕机器人关节部3中的转动轴14做旋转运动。

所述气动人工肌肉驱动部1由气动人工肌肉7、比例压力阀8和压力传感器9组成，压力传感器9内置于气动人工肌肉7内，位于气动人工肌肉7的充放气端105，通过气动人工肌肉7的进出气口104用输气管106与比例压力阀8连接，气动人工肌肉7的充放气端105固定于第二肢体6上，气动人工肌肉7的缩放端102放置于固定于第二肢体6上的套筒支架110内，充放气端105通过固定件111用螺栓112固定于第二肢体6上，套筒支架110通过固定件113用螺栓114固定于第二肢体6上，气动人工肌肉7的拉伸钢缆101的一端固定于缩放端102，另一端缠绕在转动轮13上，端头固定于转动轮13的侧面，比例压力阀8、压力传感器9与控制系统连接。

所述直流伺服电机驱动部2，由减速器10，直流伺服电机11和电机调速编码器12组成，减速器10位于直流伺服电机驱动部2的前端，直流伺服电机11位于中间，电机调速编码器12位于后端，减速器10的输出轴端通过螺栓204固定在与第二肢体6固连的法兰盘202上，通过连接销205与齿轮201连接，齿轮201为45°伞齿轮，直流伺服电机驱动部2通过固紧套203固定在第二肢体6上。

所述机器人关节部3，用于连接第一肢体5和第二肢体6，包括转动轮13，转动轴14和滚动轴承15，转动轴14通过转动轮13的中心孔贯穿整个机器人关节部3，一端通过连接销302与齿轮301连接，齿轮301为45°伞齿轮，另一端安装滚动轴承15，用以支撑转动轴14，转动轮13通过螺钉303固定于第一肢体5上，通过平键304与转动轴14连接，齿轮301与减速器10输出轴端带动的齿轮201啮合，齿轮201和齿轮301均为45°伞齿轮，使直流伺服电机驱动部传动的运动转向90°。