[发明专利]具有柔顺特性的机器人舵机

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种具有柔顺特性的机器人舵机。

背景技术

随着机器人的不断发展，机器人与人的交互越来越密切，从传统的工业环境慢慢向人类的生活起居靠近。

机器人根据仿生学原理，其运动模仿人类通过关节实现。每个关节在可实现准确控制的基础上，与人的各个关节自由度保持一致。为了实现精确地位置控制和特定轨迹跟踪，传统机器人关节驱动结构和算法采用高刚性的设计，导致其安全性与环境适应性较差，能耗也较高。这就要求新一代机器人关节驱动系统要具有一定的柔顺特性。

为解决上述问题，目前已研制出多种具有柔顺特性的机器人驱动装置。

中国专利CN101870111A，机器人的关节驱动装置，包括气动人工肌肉驱动部，直流伺服电机驱动部，机器人关节部，机器人关节转角测量部。该发明利用电机驱动与气动人工肌肉驱动相结合，实现了关节驱动装置的柔顺性。因但由于气动人工肌肉的非线性较大，给控制带来不便。并且由于气动人工肌肉工作需要使用气泵，增加了机器人的负载。

中国专利CN102189556A，带缓冲弹簧和柔性轴套的气动肌肉柔顺肘关节装置，它主要由前连杆、后连杆、关节转轴、关节轴承、柔性轴套、气动肌肉、缓冲机构、偏置弹簧。该发明利用气动肌肉实现关节的柔顺特性，同时在关节中加入缓冲弹簧和柔性轴套，能有效缓解冲击并可扩展转动关节的运动自由度。提高了关节的抗冲击能力和工作性能。但同样由于气动肌肉本身的一些局限性，导致其不能满足日益提高的对机器人的要求。

美国专利US2010/0253273A1，一种用于机器人的弹性旋转舵机和其控制方法。该舵机由绕一轴能旋转的外壳和绕此轴能旋转的内部组件以及一组弹簧结构组成。外壳和内部组件由这一组弹簧结构连接。内部组件中有一个电机，和两个传感器。两个传感器分别检测内部组件的转动角度，和其与外壳相对转动的角度。内部组件中还包括控制电机旋转和传感器信号处理的控制电路部分。由于该舵机采用的是利用三组螺旋弹簧实现的柔顺特性。该舵机的弹性部分刚度不可调整，且只与螺旋弹簧的本身刚度有关；如果想获得不同的刚度区域，必须置换所有弹簧，安装拆卸麻烦。

发明内容

本发明的目的是针对现有仿人机器人驱动装置的不足，提供一种采用扭簧预紧的舵机。

本发明技术方案如下：

一种具有柔顺特性的机器人舵机，包括长螺钉、底盖、壳体、电机、电机齿轮、顶盖、上轴承、下轴承、多个齿轮组和柔性齿轮，底盖、壳体、顶盖通过长螺钉连接，形成一个封闭的空间，在该封闭的空间内设置有电机、电机齿轮、上轴承、下轴承、多个齿轮组和柔性齿轮；在电机输出轴上设置有电机齿轮，电机齿轮通过多个齿轮组带动柔性齿轮转动；所述的柔性齿轮通过上轴承与顶盖活动配合，通过下轴承与壳体活动配合。

其中的柔性齿轮采用两种技术方案。

方案一：

柔性齿轮包括轮毂、齿圈和柔性结构，轮毂外套置有齿圈，轮毂和齿圈之间设置有柔性结构，所述的轮毂、齿圈和柔性结构同轴设置。

所述的齿圈上在靠近齿根处开有螺纹孔，轮毂靠近输出轴处也开有螺纹孔。所述轮毂和齿圈组成的内表面之间安装有垫片和片式扭簧，垫片和片式扭簧构成柔性结构，其中片式扭簧位于垫片下方；垫片和片式扭簧通过第一螺钉和第二螺钉分别与齿圈和轮毂进行定位和安装；片式扭簧采用弹簧钢。

所述的片式扭簧由外圈、内圈和四对连接内外圈的菱形段组成，整体成薄片结构，每对菱形段相对处开有一对螺纹孔，该对螺纹孔的孔间距为d1。

所述的垫片开有与片式扭簧上螺纹孔对相对的两类通孔，第一类通孔对的孔间距为d2，第一类通孔对之间开有第二类通孔对，第二类通孔对的孔间距为d3，其中d3>d2>d1。

方案二：

柔性齿轮包括轮毂、齿圈和柔性结构，轮毂外套置有齿圈，轮毂和齿圈之间设置有柔性结构，所述的轮毂、齿圈和柔性结构同轴设置。

所述的齿圈上在靠近齿根处开有螺纹孔，轮毂靠近输出轴处也开有螺纹孔。

所述轮毂和齿圈组成的内表面之间安装有第一片式扭簧、第二片式扭簧和垫片，第一片式扭簧、第二片式扭簧和垫片构成柔性结构，其中垫片位于第二片式扭簧和第一片式扭簧之间；垫片、第一片式扭簧和第二片式扭簧通过第三螺钉和第四螺钉分别与齿圈和轮毂进行定位和安装；第一片式扭簧和第二片式扭簧采用弹簧钢。