一种双电机驱动的关节模块及模块化机器人

    专利查询2025-12-21  10


    本发明涉及一种模块单元及机器人,具体涉及一种双电机驱动的关节模块及模块化机器人,属于机器人。


    背景技术:

    1、复杂的作业任务通常需要多种不同结构和作业方式的机器人,而在降本增效的背景下,机器人的多功能性、零部件的互换性和泛用性将成为考核机器人的重要指标。传统固定构型机器人,通常针对某一应用或场景开发,功能单一、零部件泛用性差。而研制多种不同结构形式、作业功能的机器人,由此带来的设计、制造、安装、维护等成本的大幅度增加,极大限制了机器人技术在通用服务中的应用。

    2、模块化机器人是由多个模块组成的复杂系统,可扩展性强。当构型发生变化后,机器人的运动空间范围、运动灵活度、多功能性和可靠性也会相应改变。通过加入各种不同的功能模块、改变模块数量和配置方式,实现能力的扩展和改变,从而适应复杂多变的工作任务和环境,具有巨大的市场潜力。

    3、但目前模块化机器人的研究往往停留在实验室样机阶段,模块传动间隙大、输出力矩(负载自重比)小、可靠性低、维护难、成本高等因素,使其与市场化应用仍有较大差距。

    4、cn109514535a涉及外肢体机器人模块单元及模块化可重构外肢体机器人,两个壳体可以相对转动,但是由于相对旋转范围有限,灵活性较差,运动能力较弱,不能适应复杂多变的工作任务和环境。

    5、cn117601107a涉及一种可连续回转的单元模块及模块化机器人,虽然增强了运动能力,但模块传动间隙较大,输出力矩小,传动精度不高。


    技术实现思路

    1、本发明为克服现有技术,提供一种双电机驱动的关节模块及模块化机器人。本申请引入双电机驱动,能够获得更大的输出力矩,利用双电机消除传动背隙,实现更高的传动精度,可作为基本单元组成模块化机械臂、机器蛇或肢体机器人等多种构型。

    2、一种双电机驱动的关节模块包含两个对接外壳,每个对接外壳包含基面、壳体和连接面;基面和连接面均可拆卸连接在壳体上,三者围成一腔室,两个所述基面通过支撑件定位并能相对转动,

    3、两个所述舵机设置于其中一个腔室内,所述两个舵机安装于其中一个基面上,

    4、所述齿圈设置于另一个腔室内,所述齿圈安装于另一个基面上,

    5、两个所述舵机的输出端分别安装有齿轮,两个所述齿轮布置于另一个所述腔室内,两个齿轮均与齿圈啮合;所述滑环设置于另一个腔室内,所述滑环的定子与其中一个基面连接,所述滑环的转子与另一个壳体连接。

    6、进一步地,所述壳体由椭圆形管或圆柱形管斜45度截割而成,壳体截割的斜面连接基面。

    7、进一步地,所述模块化机器人包含多个所述关节模块,相邻两个关节模块的其中一个连接面与另一个连接面连接。

    8、更进一步地,所述模块化机器人的构型为机械臂、机器蛇或者肢体机器人。

    9、本发明相比现有技术的有益效果是:

    10、1、关节模块采用两个舵机具有较大的输出力矩。在不改变模块包络尺寸的情况下,引入了双电机驱动,并设计了齿轮传动,使得输出力矩相比已有的单元模块提高了6倍。

    11、2、关节模块具有较高的传动精度。模块由双电机驱动,通过动态偏置力矩控制等方式,可以实现双电机电气消隙,拓宽了模块的应用场景,特是针对低微重力环境下整个运动链的飘浮晃动问题。

    12、3、关节模块的外壳进行了分体式设计,分为基面、壳体与连接面,易于生产和维护。壳体可与基面分离,使得3d打印(增材制造)以外的生产方式成为可能,能够获得更高的加工精度和结构强度。

    13、4、关节模块具有高灵活性和高折叠率,通过改变壳体外形,可以变为圆柱形关节,与传统圆柱形关节相比,本申请的关节模块无需额外的中间连接杆件,串联就能形成偏置;同时得益于模块的连续回转能力,本申请的关节模块串连组成的模块化机器人既能像仿生机器蛇一样节律运动,也可以作为多自由度的机械臂一般柔顺工作。

    14、下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明:



    技术特征:

    1.一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:包含两个对接外壳,每个对接外壳包含基面(1)、壳体(2)和连接面(3);基面(1)和连接面(3)均可拆卸连接在壳体(2)上,三者围成一腔室,两个所述基面(1)通过支撑件(7)定位并能相对转动,

    2.根据权利要求1所述一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:其中一个所述连接面(3)上设置有弹簧触点(13),另一个连接面(3)上设置有触盘(14),弹簧触点(13)和触盘(14)构成电连接器。

    3.根据权利要求1所述一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:两个所述连接面(3)上分别设置有多对定位配合组件,实现相邻两个关节模块的连接。

    4.根据权利要求1所述一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:两个所述连接面(3)分别为机械式连接面或者永磁体式连接面或者电磁式连接面。

    5.根据权利要求1所述一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:滑环(9)的定子上还安装有角度传感器。

    6.根据权利要求1所述一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:滑环(9)的下方布置有电路板(12),电路板(12)上集成有磁编码器芯片,滑环(9)的转子的末端设置径向磁铁(11),径向磁铁(11)与所述磁编码器芯片构成非接触式绝对角位置传感器。

    7.根据权利要求1所述一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:所述支撑件(7)为交叉滚子轴承,所述其中一个基面(1)安装于所述交叉滚子轴承的内圈,所述另一个基面(1)和齿圈(6)安装于所述交叉滚子轴承的外圈。

    8.根据权利要求1所述一种双电机驱动的关节模块,其特征在于:所述壳体(2)由椭圆形管或圆柱形管斜45度截割而成,壳体(2)截割的斜面连接基面(1)。

    9.一种模块化机器人,其特征在于:基于权利要求1-8任一项所述的双电机驱动的关节模块,所述模块化机器人包含多个所述关节模块,相邻两个关节模块的其中一个连接面(3)与另一个连接面(3)连接。

    10.根据权利要求9所述的模块化机器人,其特征在于:所述模块化机器人的构型为机械臂、机器蛇或者肢体机器人。


    技术总结
    一种双电机驱动的关节模块及模块化机器人,属于机器人技术领域,它包含两个对接外壳,每个对接外壳包含基面、壳体和连接面;基面和连接面均可拆卸连接在壳体上,三者围成一腔室,两个所述基面通过支撑件定位并能相对转动,两个所述舵机设置于其中一个腔室内,所述两个舵机安装于其中一个基面上,所述齿圈设置于另一个腔室内,所述齿圈安装于另一个基面上,两个所述舵机的输出端分别安装有齿轮,两个齿轮均与齿圈啮合;所述滑环设置于另一个腔室内。本申请引入双电机驱动,能够获得更大的输出力矩,利用双电机消除传动背隙,实现更高的传动精度,可作为基本单元组成模块化机械臂、机器蛇或肢体机器人等多种构型。

    技术研发人员:朱延河,周楠林,韩凯,杨致远,赵杰
    受保护的技术使用者:哈尔滨工业大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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