[实用新型]一种机器人关节驱动机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械领域，尤其涉及一种利用弹性元件势能减小驱动力矩的机器人关节驱动机构。

背景技术

对于大多数机械设备，其驱动过程中需要抵消重力等位能负载的影响。比如，在机械臂抬起时，需要克服其重力乘以力臂产生的力矩；而且，在起重设备变幅时，需要抵消重力产生的力矩。重力产生的此类力矩，往往与负载的具体位置有关，并且需要电机提供相应的驱动扭矩。驱动扭矩越大，则需要选择具有更大驱动扭矩的更大的驱动装置，增加成本。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够减小所需的驱动装置提供驱动扭矩的技术方案。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够减小所需的驱动电机扭矩的机器人关节驱动机构。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种机器人关节驱动机构，包括：机械臂驱动机构及连接所述机械臂驱动机构的弹性元件；其中利用弹性元件的弹性变形抵消机械臂驱动机构的重力矩，以减小驱动装置为驱动机械臂驱动机构所需的扭矩。

优选地，所述弹性元件是扭转弹簧，而且机械臂驱动机构包括驱动装置基座、基座上的挡块、驱动装置、机械臂连杆和机械臂负载，其中扭转弹簧的一端通过挡块连接在驱动装置基座上，扭转弹簧的另一端与机械臂连杆连接，连杆的一端与驱动装置的转轴相连，连杆的另一端与机械臂负载相连；当机械臂不处于竖直向上位置时，扭转弹簧提供的扭转力矩方向与机械臂负载与机械臂连杆自重两者所产生的重力矩方向相反。

优选地，所述弹性元件是皮筋，而且机械臂驱动机构包括驱动装置基座、驱动装置基座上的固定压块、驱动装置、机械臂连杆和机械臂负载，其中皮筋的一端通过固定压块连接在驱动装置基座上，皮筋的另一端则与机械臂连杆连接，连杆连接驱动装置转轴和机械臂负载；当机械臂不处于竖直向上位置时，皮筋伸长并产生弹力，皮筋伸长所产生的弹力提供的扭转力矩方向与机械臂负载与机械臂连杆自重两者所产生的重力矩方向相反。

优选地，根据机械臂驱动机构的重力矩与弹性元件的弹簧力矩之差最小的原则来确定弹性元件的刚度。

优选地，根据机械臂驱动机构的重力矩与弹性元件的弹簧力矩之差在机械臂驱动机构的整个运动范围内的积分最小的原则来确定弹性元件的刚度。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本实用新型有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1是根据本实用新型利用扭簧的回复力矩的曲线。图中两条曲线的差值是驱动装置需要提供的驱动扭矩，只要选用合适的弹性元件，弹簧提供的回复力矩与重力矩的差值可以小于单纯的重力矩，达到本实用新型所期望的效果。

图2根据本实用新型是利用直线弹簧提供回复力的机构。

图3A和图3B是根据本实用新型第一优选实施例的机器人关节驱动机构的示意图。

图4A和图4B是根据本实用新型第二优选实施例的机器人关节驱动机构的示意图。

图5A和图5B是根据本实用新型第三优选实施例的机器人关节驱动机构的示意图。

需要说明的是，附图用于说明本实用新型，而非限制本实用新型。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了减小驱动电机的扭矩，本实用新型通过增加与工作载荷相反方向载荷的方式来减小载荷的总合。本实用新型公开了一种利用弹性元件(如扭簧或线性弹簧等)的弹性变形，抵消部分工作载荷，以达成减小驱动电机扭矩的目的。

本实用新型在关节上安装弹性元件(如扭簧或线性弹簧等)，通过抵消部分重力矩，达到减小电机实际输出扭矩的效果。其中，弹性元件主要包括但不限于如下两类：(a)以扭簧作为弹性元件；(b)以线性拉伸弹簧或皮筋作为弹性元件。

在本实用新型中，通过增加弹簧、扭簧等弹性元件，抵消重力等位能负载，使运动部件的平衡位置在所期望的位置，并根据一定的算法，确定所加弹性元件的刚度，以达到在整个活动空间中，所需要的驱动扭矩的最优化，该最优化原则可以是重力矩与弹簧力矩之差最小(力矩最小原则)，或者重力矩与弹簧力矩之差在整个运动范围内的积分最小(做功最小原则)。