本發(fā)明涉及一種機(jī)器人技術(shù)，尤其是一種機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)，具體地說是一種三自由度完全垂直且完全解耦、導(dǎo)線和光纖穿裝方便不會(huì)纏繞和干涉運(yùn)動(dòng)的基于中空超聲電機(jī)且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機(jī)器人手腕。

背景技術(shù)：

超聲電機(jī)突破了傳統(tǒng)電機(jī)的概念，它沒有磁鋼和繞組，不依靠電磁感應(yīng)傳遞能量，是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，通過壓電陶瓷的伸縮振動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換與耦合以及特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)。超聲電機(jī)具有低速大扭矩的特點(diǎn)，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，無需齒輪箱進(jìn)行降速以提高輸出扭矩，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，可方便地設(shè)計(jì)成中空形式。

現(xiàn)有機(jī)器人手腕一般采用電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)三個(gè)相互垂直方向的運(yùn)動(dòng)，往往首先采用類似皮帶輪的線傳動(dòng)，進(jìn)行扭矩的提升，然后采用錐齒輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)方向的變換，或者選用萬向接頭進(jìn)行傳動(dòng)方向的變換，這些不僅使得手腕整體的體積較大，重量較重，而且線傳動(dòng)的鋼絲松弛和齒輪傳動(dòng)的間隙都會(huì)影響控制精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大、重量重、控制精度難以提高的問題，設(shè)計(jì)一種三自由度完全垂直且完全解耦、導(dǎo)線和光纖穿裝方便不會(huì)纏繞和干涉運(yùn)動(dòng)的基于中空超聲電機(jī)且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機(jī)器人手腕。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于中空超聲電機(jī)且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機(jī)器人手腕，其特征是它包括三個(gè)中空超聲電機(jī)、五個(gè)聯(lián)接環(huán)，兩個(gè)波紋管，所述的聯(lián)接環(huán)用于聯(lián)接一個(gè)中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子和另一個(gè)中空超聲電機(jī)的底座，亦可用于聯(lián)接中空超聲電機(jī)的底座和波紋管。

手腕的三個(gè)自由度相互垂直且完全解耦，手腕內(nèi)部可以穿過導(dǎo)線和光纖。

靠近手臂的兩個(gè)自由度可實(shí)現(xiàn)大于180°往復(fù)擺動(dòng)，末端自由度可實(shí)現(xiàn) 360°旋轉(zhuǎn)。

第一中空超聲電機(jī)的底座一端通過聯(lián)接環(huán)可與手臂部件相連，第一中空超聲電機(jī)的軸線轉(zhuǎn)向與手臂的縱軸線垂直。

第一中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過支架與第二中空超聲電機(jī)的底座連接，第一中空超聲電機(jī)的底座一端與第二中空超聲電機(jī)的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導(dǎo)線和光纖。

第二中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過支架與第三中空超聲電機(jī)的底座連接，第二電機(jī)的底座一端與第三電機(jī)的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導(dǎo)線和光纖。

中空超聲電機(jī)上的接口結(jié)構(gòu)和波紋管的接口結(jié)構(gòu)均采用凸臺(tái)環(huán)形式，聯(lián)接環(huán)的構(gòu)型是凹環(huán)。

三個(gè)中空超聲電機(jī)中的第一中空超聲電機(jī)4的第一底座11相對的兩側(cè)面上分別設(shè)有第一環(huán)形凸臺(tái)41和第二環(huán)形凸臺(tái)42，所述的第一環(huán)形凸臺(tái)41通過第一聯(lián)接環(huán)2與機(jī)器人的手臂部件1上的環(huán)形凸臺(tái)相連，第二環(huán)形凸臺(tái)42通過第二聯(lián)接環(huán)5與第一波紋管8一端的環(huán)形凸臺(tái)相連，第一波紋管8的另一端通過第三聯(lián)接環(huán)6與第二中空電機(jī)11的第二底座10上的第三環(huán)形凸臺(tái)21相連，第二中空超聲電機(jī)11的第二底座10上與第三環(huán)形凸臺(tái)21相對的另一面設(shè)有第四環(huán)形凸臺(tái)22，該第四環(huán)形凸臺(tái)22與第二波紋管16一端的環(huán)形凸臺(tái)通過第四聯(lián)接環(huán)14相連，所述第二波紋管16的另一端的環(huán)形凸臺(tái)通過第五聯(lián)接環(huán)15與第三中空超聲電機(jī)20的第三底座18連接的第三中空電機(jī)的連接板17上的第五環(huán)形凸臺(tái)31相連；所述的第一中空超聲電機(jī)4的第一中空轉(zhuǎn)子41的兩端均通過相應(yīng)的第一支架7與第二中空超聲電機(jī)11和第一底座10相連，第二中空超聲電機(jī)11的第二中空超聲轉(zhuǎn)子12的兩端分別通過各自的第二支架13與第三中空超聲電機(jī)20的第三底座18相連。

第三中空超聲電機(jī)20與第二波紋管16相連的一端上安裝有第三中空超聲電機(jī)轉(zhuǎn)接板17，在所述的第三中空超聲電機(jī)轉(zhuǎn)接板17上設(shè)有與第二波紋管16連接用的第五環(huán)形凸臺(tái)31。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明由于采用超聲電機(jī)，避免了齒輪和鋼絲存在的問題，電機(jī)的中空結(jié)構(gòu)，可以使得手腕內(nèi)部可以穿過導(dǎo)線和光纖，聯(lián)接環(huán)的結(jié)構(gòu)使得手腕更加緊湊。

本發(fā)明首次創(chuàng)造性地將中空超聲電機(jī)應(yīng)用于機(jī)器人手腕控制中，不僅擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，而且對提高機(jī)器人手腔的靈活性、減小體積、重量，提高控制精度有著十分重要的意義。

本發(fā)明克服傳統(tǒng)觀念束縛，通過對中空超聲電機(jī)連接方式的改變擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

本發(fā)明使用三個(gè)中空超聲電機(jī)構(gòu)成內(nèi)部可穿導(dǎo)線和光纖, 靠近手臂的兩個(gè)自由度可實(shí)現(xiàn)大于180°往復(fù)擺動(dòng)，末端一個(gè)自由度可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的波紋管內(nèi)部可穿過導(dǎo)線和光纖，手腕的三個(gè)自由度相互垂直，運(yùn)動(dòng)完全解耦，手腕內(nèi)部不存在會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)間隙的齒輪傳動(dòng)和產(chǎn)生松弛的線傳動(dòng)，易于控制，結(jié)構(gòu)緊湊，易于微小型化。

本發(fā)明中波紋管一方面可以起到防止導(dǎo)線和光纖外露，另一方面它的伸縮性和延展性不影響相關(guān)自由度的擺動(dòng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中第一中空超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖（含導(dǎo)線和光纖的走向）。

圖3為本發(fā)明中第二中空超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖（含導(dǎo)線和光纖的走向）。

圖4為本發(fā)明中第三中空超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖（含導(dǎo)線和光纖的走向）。

圖5為本發(fā)明中聯(lián)接環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、手臂部件，2、第一聯(lián)接環(huán)，3、第一中空超聲電機(jī)的底座，4、第一中空超聲電機(jī)，5、第二聯(lián)接環(huán)，6、第三聯(lián)接環(huán)，7、第一支架，8、第一波紋管，9、導(dǎo)線和光纖，10、第二中空超聲電機(jī)的底座，11、第二中空超聲電機(jī)，12、第二中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子，13、第二支架，14、第四聯(lián)接環(huán)，15、第五聯(lián)接環(huán)，16、第二波紋管，17、第三中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)接板18、第三中空超聲電機(jī)的底座，19、第三中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子，20、第三中空超聲電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1-5所示。

一種基于中空超聲電機(jī)且?guī)в兄Ъ芎碗p波紋管的機(jī)器人手腕，它包括三個(gè)中空超聲電機(jī)4、11、20（如圖2、3、4）、五個(gè)聯(lián)接環(huán)2、5、6、14、15（如圖5），兩個(gè)波紋管8、16，如圖1所示，所述的聯(lián)接環(huán)用于聯(lián)接一個(gè)中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子和另一個(gè)中空超聲電機(jī)的底座，亦可用于聯(lián)接中空超聲電機(jī)的底座和波紋管。由圖1可看出，手腕的三個(gè)自由度相互垂直且完全解耦，手腕內(nèi)部可以穿過導(dǎo)線和光纖9?？拷直鄣膬蓚€(gè)自由度可實(shí)現(xiàn)大于180°往復(fù)擺動(dòng)，末端自由度可實(shí)現(xiàn) 360°旋轉(zhuǎn)。第一中空超聲電機(jī)的底座一端通過聯(lián)接環(huán)可與手臂部件相連，第一中空超聲電機(jī)的軸線轉(zhuǎn)向與手臂的縱軸線垂直。第一中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過支架與第二中空超聲電機(jī)的底座連接，第一中空超聲電機(jī)的底座一端與第二中空超聲電機(jī)的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導(dǎo)線和光纖。第二中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過支架與第三中空超聲電機(jī)的底座連接，第二電機(jī)的底座一端與第三電機(jī)的底座一端用可伸縮的波紋管連接，波紋管內(nèi)部可穿過導(dǎo)線和光纖。中空超聲電機(jī)上的接口結(jié)構(gòu)和波紋管的接口結(jié)構(gòu)均采用凸臺(tái)環(huán)形式，聯(lián)接環(huán)的構(gòu)型是凹環(huán)。

如圖1所示，三個(gè)中空超聲電機(jī)中的第一中空超聲電機(jī)4的第一底座11相對的兩側(cè)面上分別設(shè)有第一環(huán)形凸臺(tái)41和第二環(huán)形凸臺(tái)42，所述的第一環(huán)形凸臺(tái)41通過第一聯(lián)接環(huán)2與機(jī)器人的手臂部件10上的環(huán)形凸臺(tái)相連，第二環(huán)形凸臺(tái)42通過第二聯(lián)接環(huán)5與第一波紋管8一端的環(huán)形凸臺(tái)相連，第一波紋管8的另一端通過第三聯(lián)接環(huán)6與第二中空電機(jī)11的第二底座1上的第三環(huán)形凸臺(tái)21相連，第二中空超聲電機(jī)11的第二底座10上與第三環(huán)形凸臺(tái)21相對的另一面設(shè)有第四環(huán)形凸臺(tái)22，該第四環(huán)形凸臺(tái)22與第二波紋管16一端的環(huán)形凸臺(tái)通過第四聯(lián)接環(huán)14相連，所述第二波紋管16的另一端的環(huán)形凸臺(tái)通過第五聯(lián)接環(huán)15與第三中空超聲電機(jī)20的第三底座18連接的第三中空電機(jī)的連接板17上的第五環(huán)形凸臺(tái)31相連；所述的第一中空超聲電機(jī)4的第一中空轉(zhuǎn)子41的兩端均通過相應(yīng)的第一支架7與第二中空超聲電機(jī)11和第一底座10相連，第二中空超聲電機(jī)11的第二中空超聲轉(zhuǎn)子12的兩端分別通過各自的第二支架13與第三中空超聲電機(jī)20的第三底座18相連。第三中空超聲電機(jī)20與第二波紋管16相連的一端上安裝有第三中空超聲電機(jī)轉(zhuǎn)接板17，在所述的第三中空超聲電機(jī)轉(zhuǎn)接板17上設(shè)有與第二波紋管16連接用的第五環(huán)形凸臺(tái)31。

詳述如下：

第一中空超聲電機(jī)的底座3側(cè)面一端的環(huán)形凸臺(tái)與手部部件1上的環(huán)形凸臺(tái)相接觸，對準(zhǔn)后用第一聯(lián)接環(huán)2進(jìn)行連接，第一中空超聲電機(jī)4的轉(zhuǎn)軸與手部部件1的軸線垂直，第一中空超聲電機(jī)4的中空轉(zhuǎn)子的上下端面通過螺紋與第一支架7連接，第一支架7的另一端與第二中空超聲電機(jī)的底座10通過螺紋連接，第一中空超聲電機(jī)的底座3的另側(cè)面一端上的環(huán)形凸臺(tái)與第一波紋管8的凸臺(tái)相接觸，對準(zhǔn)后用第二聯(lián)接環(huán)5將第一中空超聲電機(jī)的底座3和第一波紋管8進(jìn)行連接，第一波紋管8另一端的環(huán)形凸臺(tái)與第二中空超聲電機(jī)的底座10一端的凸臺(tái)相接觸，對準(zhǔn)后用第三聯(lián)接環(huán)6將第二中空超聲電機(jī)的底座10和第一波紋管8進(jìn)行連接，第一波紋管8內(nèi)部可穿過導(dǎo)線和光纖，第二中空超聲電機(jī)的中空轉(zhuǎn)子12的上下端面通過螺紋與第二支架13連接，第二支架13的另一端與第三中空超聲電機(jī)的底座18通過螺紋連接，第二中空超聲電機(jī)的底座10的另側(cè)面一端上的環(huán)形凸臺(tái)與第二波紋管16的凸臺(tái)相接觸，對準(zhǔn)后用第四聯(lián)接環(huán)14將第三中空超聲電機(jī)的底座10和第二波紋管16進(jìn)行連接，第二波紋管16另一端的環(huán)形凸臺(tái)與第三中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)接板17上的凸臺(tái)相接觸，對準(zhǔn)后用第五聯(lián)接環(huán)15將第三中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)接板17和第二波紋管16進(jìn)行連接，第二波紋管16內(nèi)部可穿過導(dǎo)線和光纖；第一中空超聲電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)軸線、第二中空超聲電機(jī)11的旋轉(zhuǎn)軸線、第三中空超聲電機(jī)20的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直，第一中空超聲電機(jī)4和第二中空超聲電機(jī)11的旋轉(zhuǎn)軸線可實(shí)現(xiàn)大于180°的往復(fù)擺動(dòng)，第三中空超聲電機(jī)20的旋轉(zhuǎn)軸線可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)；第三中空超聲電機(jī)的中空轉(zhuǎn)子19上的螺紋孔用以連接機(jī)器人的手部；與手部相連的導(dǎo)線和光纖9可以從第三中空超聲電機(jī)的中空轉(zhuǎn)子19穿過，經(jīng)第二波紋管16內(nèi)部進(jìn)入第二中空超聲電機(jī)11，穿過第二中空超聲電機(jī)的底座10的內(nèi)部，進(jìn)入第一波紋管8內(nèi)部，進(jìn)而進(jìn)入第一中空超聲電機(jī)的底座3內(nèi)部，最后可進(jìn)入手臂部件1；第二中空超聲電機(jī)11和第三中空超聲電機(jī)20的各自導(dǎo)線如同導(dǎo)線和光纖9一樣順次進(jìn)入機(jī)器人的機(jī)械臂，第一中空超聲電機(jī)4導(dǎo)線從第一超聲電機(jī)的底座3直接進(jìn)入機(jī)器人的機(jī)械臂。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。