离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构

1.本发明属于机器人技术领域，涉及一种机器人关节驱动机构。


背景技术：

2.在机器人领域，关节的可靠性和灵活性对机器人性能由重要影响。在需要机器人关节具有被动的环境适应能力时，通常主要依靠弹性元件的作用来实现。目前已有的关节驱动中，往往驱动电机与被控关节始终保持连接状态，电机及减速器对弹性元件的正常工作产生阻碍，在负载较大的场合，需要电机提供更大的扭矩，电机在断电状态下的阻力也大，严重时可导致关节失去被动适应能力。


技术实现要素：

3.本发明创造性的提供一种离合型的机器人关节驱动机构，主要目的在于提高机器人关节的被动适应能力，消除关节驱动机构阻力对关节转动的影响，解决现有技术中存在的无法兼顾主动控制时提高关节驱动扭力、不需主动控制时降低关节阻碍的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用一种离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构的方案，主要包括u形支架，副关节支架、驱动电机、蜗杆组件、涡轮组件、关节分离机构、传动电机和弹性柱组件。u形支架固定于关节支架1，副关节支架用于对另一个关节的支撑，传动电机固定其上，蜗杆组件、涡轮组件和关节分离机构装配在一起，弹性柱组件固定于涡轮组件上。
5.在一个实例中，所述蜗杆组件主要包括蜗杆和蜗杆组件支架，蜗杆通过轴承装配于蜗杆组件支架上，驱动电机固定于蜗杆组件支架，驱动蜗杆旋转，蜗杆采用分体式，由蜗杆体和蜗杆轴组成。所述涡轮组件主要由涡轮和轴承盖组成，通过轴承装配于传动螺母上，涡轮上设计有若干用于安装弹性柱组件的通孔及固定孔。
6.在一个实例中，所述关节分离机构主要包括传动螺母、丝杆，丝杆通过轴承装于u形支架和副关节支架上，传动电机固定在u形支架和副关节支架上均可，传动螺母端部结构与u形支架接触。
7.在一个实例中，所述弹性柱组件包括弹性柱壳体、柱销、弹簧、前堵头和后堵头，弹性柱壳体内侧设计有导向槽，柱销尾部有限位结构，头部设计有导向结构。
8.在一个实例中，关节上用于柱销插入的驱动孔数量多于弹性柱组件数量，孔口设计了有利于柱销插入的倒角。
9.上述说明为本发明技术方案的概述，本发明提供的离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构的有益效果在于：关节进入与退出配合状态的动作灵活，无需对准且无连接不牢的问题，关节驱动可靠。u形支架固定于关节支架上，形成容纳相关结构的空间，并可作为分离机构的滑动轨道，提供导向和支撑作用；副关节支架用于另一个关节的支撑，传动电机固定其上；蜗杆组件、涡轮组件和关节分离机构装配在一起，驱动电机的动力经蜗杆带动涡轮组件旋转，固定于涡轮组件上的弹性柱组件可在与关节配合时插入关节的驱动孔中，驱动关节旋转；关节分离机构在传动电机的作用下，带动蜗杆组件和涡轮组件一起沿关节轴线方向
移动，实现进入和退出与关节的配合。由于弹性柱组件内部压缩弹簧的弹性作用，使得本驱动机构在关节进入配合时，即使柱销与驱动孔没有对正，也不会阻碍分离机构的正常动作，当涡轮旋转一定角度后，弹性柱与驱动孔间会出现对正的机会，即可进入配合状态，动作灵活。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明实施例提供的一种离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构的立体示意图；
12.图2是本发明实施例提供的蜗轮蜗杆组件结构示意图；
13.图3是本发明实施例提供的离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构侧视图；
14.图4为本发明实施例提供的离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构侧向剖视图；
15.图5是本发明实施例提供的弹性柱销组件爆炸图。
16.图中：1-关节支架1，2-传动电机，3-副关节支架，4-蜗杆组件，5-传动螺母，6-u形支架，7-关节支架2，8-驱动电机，9-弹性柱组件，10-涡轮，11-轴承盖，12-蜗杆体，13-蜗杆轴，14-蜗杆组件支架，15-驱动丝杆，16-前堵头，17-柱销，18-弹性柱壳体，19-压缩弹簧，20-后堵头。
具体实施方式
17.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
19.实例1。
20.本实施例提供了一种离合型的机器人关节驱动机构，以图1至图5所示的离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构为例进行说明。本实施例中的关节驱动机构主要包括u形支架6，副关节支架3、驱动电机8、蜗杆组件4、涡轮组件、关节分离机构、传动电机2和弹性柱组件9。采用蜗轮蜗杆方案，可获得大的关节驱动力，且使结构简单紧凑。在需要控制关节自主运动时，关节驱动机构与关节进入配合状态，实现对关节的自主控制；在不需要对关节进行控制时，关节驱动机构与关节分开，避免对关节的被动运动产生干扰，使关节的运动灵活自如。
21.u形支架6固定于关节支架2(7)，是本机构的主要支撑件，形成容纳相关结构的空间，并可作为分离机构的滑动轨道；副关节支架3用于对关节支架1(1)的支撑，并固定传动电机2；蜗杆组件4、涡轮组件和关节分离机构装配在一起，驱动电机8的动力经蜗杆轴13和
蜗杆体12，带动涡轮组件旋转。
22.蜗杆组件主要包括蜗杆和蜗杆组件支架14，蜗杆通过轴承装配于蜗杆组件支架14上，驱动电机8固定于蜗杆组件支架14，驱动蜗杆旋转，蜗杆采用分体式，由蜗杆体12和蜗杆轴13组成。涡轮组件主要包括涡轮10和轴承盖11，通过轴承装配于传动螺母5上，涡轮10上设计有若干用于安装弹性柱组件9的通孔及固定孔。关节分离机构主要包括传动螺母5和丝杆15，丝杆15通过轴承装于u形支架6和副关节支架3上，传动电机2固定在u形支架6和副关节支架3上均可，传动螺母5端部结构与u形支架6接触。
23.传动电机2控制关节分离机构的动作，驱动丝杆15旋转，带动与丝杆同轴转配的传动螺母5沿轴向移动，进而使蜗杆组件4和涡轮组件一起沿关节轴线方向移动，实现离合型关节驱动机构进入及退出与被控关节的配合状态。
24.固定于涡轮组件上的弹性柱组件9可在与关节配合时插入关节的驱动孔中，驱动关节支架1(1)旋转。弹性柱组件9包括弹性柱壳体18、柱销17、压缩弹簧19、前堵头16和后堵头20，弹性柱壳体18内侧设计有导向槽，柱销17尾部有限位结构，头部设计有导向结构，前堵头16和后堵头20起限位作用。由于弹性柱组件9内部压缩弹簧19的弹性作用，使得本驱动机构在进入与关节配合的过程中，即使柱销17与驱动孔没有对正也不会阻碍分离机构的正常动作，当涡轮10旋转一定角度后，柱销17与驱动孔会出现对正的机会，即可进入配合状态，无需对准且无连接不牢的问题，快捷、可靠。
25.实例2。
26.较佳地，本实施例提供一种机器人关节驱动机构，与上一实施例相比，本实施例进一步进行如下设计：
27.较佳地，本实施例中的副关节支架3与u形关节支架6组合在一起，将被控关节置于离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构的外侧，设计一个与关节支架固定连接的滚动转接盘，装配在副关节支架3上，通过滚动转接盘的传递，将涡轮的运动传递给被控关节，即可达到对关节的控制作用，使离合型蜗轮蜗杆式关节驱动机构结构进一步紧凑，以使上一实施例中提供的机构更简便，这样设计便于安装，且整个关节驱动机构的结构稳定性较好。