[发明专利]驱动传动一体化机械臂

说明书

本发明公开了一种驱动传动一体化机械臂，包括座体、安装于座体顶部且其末端可在一球壳面上运动的旋转IPMC组件、固定于旋转IPMC组件末端的弯曲IPMC组件和固定于弯曲IPMC组件末端的自转IPMC组件；所述旋转IPMC组件通过内设的第一IPMC弯曲件和球形齿轮机构控制弯曲IPMC组件在绕定点旋转，所述弯曲IPMC组件通过内设的第二IPMC弯曲件控制自转IPMC组件摆动，所述自转IPMC组件用于通过内设的第三IPMC弯曲件控制自转IPMC组件的安装连接盘自转；采用离子聚合物金属复合材料(IPMC)驱动的方式，巧妙地将运用离子聚合物金属复合材料(IPMC)形变时产生的大应力抵消关节运动的驱动力，实现了驱动传动一体化，能够增大驱动功率，节约空间与响应时间。

技术领域

本发明涉及一种机械关节，尤其涉及一种驱动传动一体化机械臂。

背景技术

在目前现有的关节中，驱动器的发展已经成为关节发展的重中之重，电机 驱动的关节精度可以达到设计使用的要求，但是电机的功率比小，电机和减速 传动装置要占据很大的一部分空间，极大地限制的关节发展；因此需要一种驱 动传动一体化的方式，增大功率，节约空间与响应时间。

离子聚合物金属复合材料IPMC(Ion-exchange Polymer Metal Composites) 是一种新型的智能材料，其它常规智能材料相比，IPMC材料需要较低的驱动电 压，具有很好的柔韧性、快速的响应速度及较大的位移量，能提供较高的化学 能转换机械能的变换效率，因此高性能的IPMC材料将使人类的许多科学幻想转 变为现实。IPMC是一种电激活材料，当给IPMC薄膜施加直流电压时，薄膜弯 曲，并且弯曲程度随着电压的增加而上升，在不同频率下，弯曲位移达到饱和 时的驱动电压值不同。在频率较高时，电压值较小。薄膜的运动受施加电流的 控制，但其响应受到IPMC中含水量的影响。它构成的致动器结构简单，不需要 传统的机械运动部件。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种驱动传动一体化机械臂，采用离子聚 合物金属复合材料(IPMC)驱动的方式，巧妙地将运用离子聚合物金属复合材 料(IPMC)形变时产生的大应力作为关节运动的驱动力，实现了驱动传动一体 化，能够增大驱动功率，节约空间与响应时间。

本发明的复合驱动机械关节，包括座体、安装于座体顶部且其末端可在一球 壳面上运动的旋转IPMC组件、固定于旋转IPMC组件末端的弯曲IPMC组件和固 定于弯曲IPMC组件末端的自转IPMC组件；所述旋转IPMC组件通过内设的第一 IPMC弯曲件和球形齿轮机构控制弯曲IPMC组件在绕定点旋转，所述弯曲IPMC 组件通过内设的第二IPMC弯曲件控制自转IPMC组件摆动，所述自转IPMC组件 用于通过内设的第三IPMC弯曲件控制自转IPMC组件的安装连接盘自转。

进一步，所述旋转IPMC组件包括从动轴、主动轴、从动轴安装组件、主动 轴安装组件和用于驱动主动轴的旋转驱动组件；所述从动轴的前端为旋转IPMC 组件的末端，从动轴的后端与主动轴的前端通过球齿轮传动配合，所述从动轴 安装组件和主动轴安装组件均包括上下摆动环和设置于上下摆动环内的左右摆 动环，所述上下摆动环以可上下摆动的方式铰接于座体，所述左右摆动环以可 左右摆动的方式铰接于上下摆动环，所述主动轴和从动轴固定内套于对应左右 摆动环，所述旋转驱动组件用于分别驱动上下摆动环和左右摆动环摆动，进而 主动轴通过球齿轮控制从动轴旋转。