[实用新型]一种工业机器人关节

说明书

本发明属于机器人部件技术领域，具体涉及一种介电弹性致动器集群驱动的两自由度的工业机器人关节。

机器人关节是影响机器人动静态特性的重要部件。对于大多数工业机器人来讲，变形的主要来源是关节变形，由此带来一系列问题：1）严重影响了机器人的定位精度和轨迹精度；2）CNC 机床相比，机器人在铣削和去毛刺过程中可以发现严重的低频颤振现象；3）关节柔性的引入增加了控制的难度；4）存在内部零件刚度不一致导致的刚度非线性等。针对上述问题，Bittencourt、Erkaya、蔡鹤皋、余跃庆、何广平和Rigatos等国内外学者分别从关节摩擦、关节间隙、关节刚度辨识、柔性关节控制、关节阻抗控制等角度展开研究，对提高机器人关节运动精度、抖动抑制等具有明显的促进作用，但由于这些研究主要围绕电机驱动的关节构造模式展开，不能从根本上消除上述问题，因此，解决该问题成为一项重要研究课题之一。

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种介电弹性致动器集群驱动的两自由度的工业机器人关节。

所述的一种工业机器人关节，包括顶板、底板、配合设置在顶板与底板之间的十字轴式两自由度万向节机构及介电弹性体聚合物致动器集群，其特征在于所述的顶板上配合设置通过螺柱与其连接的电路板，所述的顶板、底板的四角分别设置4个沉头孔，介电弹性体聚合物致动器集群为4块，每块介电弹性体聚合物致动器集群的两端分别设置在顶板和底板的对应沉头孔上，并由螺钉固定，所述的电路板与介电弹性体聚合物致动器集群连接。

所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的十字轴式两自由度万向节机构包括十字轴、上框架、下框架、滚动轴承，所述的上框架、下框架均为U形结构，通过螺母分别固定在顶板、底板上，上框架、下框架上分别设有用于安装滚动轴承的两个通孔，十字轴上设置4个呈十字交叉的凸起，其中相对的两个凸起通过滚动轴承和上框架连接，另外相对的两个凸起通过滚动轴承和下框架连接，任意相邻两个凸起上分别设置编码器。

所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的下框架底面棱边与底板棱边呈45度夹角。

所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的上框架底面棱边与顶板棱边呈45度夹角。

所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的顶板与底板上还分别配合设置用于工业机器人关节与连杆机构连接的通孔。

     所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的介电弹性体聚合物致动器集群为柱形结构，它由一组DE致动器单元通过串联连接构成，所述的DE致动器单元为柱形、菱形或碟形结构。

     所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的介电弹性体聚合物致动器集群为柱形结构，它由一组DE致动器单元通过串联连接构成，所述的DE致动器单元为柱形、菱形或碟形结构。

所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的电路板分别与编码器、介电弹性体聚合物致动器集群连接，用于给介电弹性体聚合物致动器集群、编码器提供电源和控制信号。

所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的介电弹性体聚合物致动器集群由膜软硅树脂或聚丙烯酸橡胶制成的柔性致动机构。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 

1）本发明的介电弹性体聚合物致动器集群由膜软硅树脂或聚丙烯酸橡胶制成，膜软硅树脂或聚丙烯酸橡胶是一类膜状绝缘材料，在直流电场作用下会产生大幅度的形变，如面积增大、厚度减小、变形幅度大、反应速度快，柔性好，在致动器的两段施加一定电压，致动器收缩；取消电压，则回复到原来长度，具有频率高、软体、应力应变大等优点；

2）本发明的上框架、下框架底面棱边分别与顶板、底板棱边呈45度夹角，可以提高整个结构紧凑性，从而提高操作精度；

3）本发明在十字轴的相邻两凸起上设置编码器，用于控制关节角位移和高精度定位检测，提高定位精度和轨迹精度；

4）本发明设置的十字轴，通过滚动轴承分别与上框架和上框架连接，在介电弹性体聚合物致动器集群的不同程度伸缩控制下，可以在十字轴两自由度上随意变向调节，自由度高，操作方便；

5）本发明通过采用上述技术得到的工业机器人关节，实现工业机器人关节的直接驱动，提高工业机器人末端的定位精度、轨迹精度和柔顺性，从而提高工业机器人关节在铣削、抛光等领域的加工质量。

图1为本发明结构示意图；

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的关节位姿结构示意图；

图3为本发明的另一关节位姿结构示意图。