[发明专利]一种拼装式通用机器人万向关节

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种通用机器人万向关节机构。

背景技术

机器人的关节是机器人的基础部分，是机器人性能的关键，机器人关节设计的好坏直接决定了这个机器人的品质。目前，机器人关节大多数都是为了某种特定的用途来设计和制作的，用途单一，装配和维修复杂，费时费力。很少有针对通用性设计的能够用于机器人的方便拆卸的关节。

在机器人的运动中关节按照运动方式分为移动关节和转动关节，万向关节属于转动关节。转动是机器人关节的主要运动形式，在转动过程中需要完成不同轴线力的输出，这就需要万向关节，而要达到这个目的，万向关节往往设计比较复杂，控制难度高。

中国专利申请号为200910072646.X、名称为“一种拼装式通用机器人旋转关节及其拼装方法”的专利文件中提到了一种可以通用的，拼装式的机器人旋转关节，主要是用于单自由度的机器人关节。在很多情况下，机器人上需要一种便于拆卸的万向关节，比如仿生机械手的近指关节骨的运动需要万向关节，机器人的脚踝关节需要用到万向关节等等。用两个独立的旋转关节使得机器人运动解算产生超越方程。在以往的万向关节设计中结构很少具有通用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便于装卸、易于控制的拼装式通用机器人万向关节。

本发明的目的是这样实现的：

包括上关节窝、下关节窝、填充块、凹轴和凸轴，所述填充块有一对相互正交的通孔，上关节窝和下关节窝上有与填充块上的所述通孔相对应的安装孔，所述凹轴中部开有一个槽，所述凸轴一侧有与凹轴中部开的槽相应的切口，凹轴与凸轴先后插入所述安装孔和所述通孔中，凹轴与凸轴在填充块中相互正交相互锁紧，填充块上安装有两个自由度的驱动机构。

本发明还可以包括：

1、所述两个自由度驱动机构为：在填充块的两个垂直端面上分别安装腱线导轨，以腱驱动方式实现两个自由度驱动。

2、所述两个自由度驱动机构为：在填充块的两个垂直端面中的一个端面上安装腱线导轨，在另一个端面上安装齿轮，分别以腱驱动与齿轮驱动方式实现两个自由度驱动。

3、所述两个自由度驱动机构为：在填充块的两个垂直端面上分别安装齿轮，以齿轮驱动方式实现两个自由度驱动。

4、所述的凸轴与凹轴在非配合端有一配合切口。

5、所述的凸轴与凹轴配合切口前部有一为便于安装的锥面。

本发明的机器人万向关节的拼装方法是：

第一步，将填充块导轨胶接在填充块上，注意保证导轨的位置正确，若采用两个自由度的驱动方式均为均采用齿轮驱动方式或万向关节两个自由度的驱动方式均为腱驱动方式，则略去此步；第二步，将齿轮插入填充块的齿轮安装槽，保证齿轮孔对准填充块的其中一个正交孔，若采用两个自由度的驱动方式均为均采用齿轮驱动方式，则此步需要安装两个齿轮，若采用万向关节两个自由度的驱动方式均为腱驱动方式，则略去此步；第三步，将填充块放入与凹轴配合的关节窝内，注意保证填充块的安装孔与关节窝的安装孔同轴，然后插入凹轴，使凹轴的槽对准填充块的另一个孔；第四步，将填充块放入凸轴对应的关节窝内，注意保证填充块的安装孔与关节窝的安装孔同轴，然后插入凸轴，使得凸轴卡入凹轴槽达到相互锁紧。拆卸过程与上述过程相反。在实际使用中，凹轴和凸轴的尺寸结构由具体结构决定，如需得到一个更高精度的传动，则可用在关节窝的安装内孔使用滑动轴承材料，为了减少填充块与关节窝的磨损还可以在填充块与关节窝相互接触的面插入润滑片。

本发明的工作过程是：该关节由两个正交的转动副构成，当使用万向关节两个自由度的驱动方式均为腱驱动方式时，腱安装在填充块与关节窝内壁相接触的凸台上，装在下关节窝侧的驱动源驱动填充块的侧摆运动，从而带动上关节窝在下关节窝的支撑下的侧摆运动；由于填充块在上关节窝的转动方向上相对于下关节窝是固定的，故而装在上关节窝侧的驱动源带动腱线是使上关节自己俯仰运动，万向关节两个自由度的驱动方式均为均采用齿轮驱动方式也是这样的工作方式，若采用万向关节两个自由度的驱动方式为一个是齿轮驱动方式，一个是腱驱动方式，腱的驱动源可以和齿轮的驱动源可以安装在同一关节窝侧，可以满足万向关节的两个转动方向有不同控制特性的要求。

本发明的万向关节既可以作为一个独立的机构，当两关节窝连接其它固定部件也可以与其它关节构成一个机器整体。

本发明的优点是：本发明没有使用紧固标准件，而是靠机构的配合来实现锁紧，便于安装和拆卸，在没有任何工具的情况下可以实现现场的维护，同时凹凸轴的切口可以用来安装传感器。