一種多自由度機械臂的動力驅動機構的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發明屬于機械臂驅動技術領域，尤其涉及一種多自由度機械臂的動力驅動機構。
【背景技術】
[0002]目前機械臂的驅動方式多使用伺服電機驅動、鋼絲驅動、液壓驅動等，少部分使用人造肌肉驅動；其中伺服電機驅動和鋼絲驅動需要使用與機械臂自由度數目相同的驅動電機數目，造成機構較為復雜，當然成本是最低的；液壓驅動需要強大的動力來對液壓油增壓驅動，將會增加了設備的重量和對技術成熟度要求較高，所以成本較高，對于人造肌肉驅動，雖然驅動的方式先進，但是制造成本目前是最高的，導致一般的機械臂使用人造肌肉驅動很不劃算。所以設計一款成本較低和結構簡單的驅動方式是非常具有必要的。
[0003]本發明設計一種多自由度機械臂的動力驅動機構解決如上問題。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術中的上述缺陷，本發明公開一種多自由度機械臂的動力驅動機構，它是采用以下技術方案來實現的。
[0005]—種多自由度機械臂的動力驅動機構，其特征在于:它包括往復驅動電機、撥盤、槽輪支撐輪、第一支撐板、搖桿、第一支耳、滑動套、導軌支撐、導軌、第二支撐板、齒輪驅動電機支撐、齒輪驅動電機、齒輪驅動電機固定環、齒輪驅動機構、槽輪、槽輪轉軸、圓柱銷、轉臂、齒輪驅動電機卡軸、導電塊、齒輪驅動電機轉軸，其中往復驅動電機安裝在第一支撐板上，撥盤安裝在往復驅動電機轉軸上，轉臂一端安裝在撥盤中心且轉臂指向為撥盤徑向方向，槽輪安裝在槽輪支撐輪上，槽輪通過槽輪轉軸安裝在第一支撐板上，圓柱銷一端安裝在轉臂端頭，另一端與槽輪的槽配合；搖桿一端通過銷安裝在槽輪支撐輪側面且非圓心處，搖桿另一端通過轉軸安裝在第一支耳上，第一支耳安裝在滑動套一端，導軌一端安裝在滑動套內部，導軌另一端安裝在導軌支撐上，導軌支撐安裝在第一支撐板上；齒輪驅動電機安裝在齒輪驅動電機固定環內，固定環通過齒輪驅動電機支撐安裝在滑動套外圓柱面上；齒輪驅動電機轉軸為圓柱體，齒輪驅動電機卡軸為非圓柱體，一段齒輪驅動電機轉軸與兩段齒輪驅動電機卡軸組成電機軸；四個齒輪驅動機構安裝在第二支撐板上，且兩兩分布于齒輪驅動電機兩側，分布兩側目的在于每側的各個齒輪驅動機構之間具有足夠大的間隔，保證各個機構的安裝空間；齒輪驅動電機卡軸兩側分別安裝有導電塊。第一支撐板安裝在第二支撐板上。齒輪驅動電機與固定環固定，隨著滑套間隙往復運動，會出現運動中在某幾個位置停留一段時間；
上述齒輪驅動機構包括電磁鐵、第一驅動齒輪、驅動齒輪中心孔、驅動齒輪空心轉軸、電磁鐵卡孔、電磁鐵空心轉軸、電磁鐵支撐、電磁鐵轉軸套、驅動齒輪轉軸套、驅動齒輪支撐、導電線圈、電磁鐵導電片，其中電磁鐵中心開有電磁鐵卡孔，電磁鐵空心轉軸安裝在電磁鐵一側中心，電磁鐵空心轉軸安裝在電磁鐵轉軸套內，電磁鐵轉軸套安裝在電磁鐵支撐上，電磁鐵支撐安裝在第二支撐板上；第一驅動齒輪中心開有驅動齒輪中心孔，驅動齒輪空心轉軸安裝在第一驅動齒輪一側中心，驅動齒輪空心轉軸安裝在驅動齒輪轉軸套內，驅動齒輪轉軸套安裝在驅動齒輪支撐上，驅動齒輪支撐安裝在第二支撐板上；導電線圈纏繞在電磁鐵上，電磁鐵導電片安裝在電磁鐵卡孔內表面，并且與導電塊配合；電磁鐵卡孔橫截面與齒輪驅動電機卡軸橫截面相同，第一驅動齒輪中心孔大于齒輪驅動電機卡軸最大外緣尺寸。
[0006]設計齒輪驅動機構目的在于:將齒輪驅動電機卡軸扭矩傳動到齒輪上，通過齒輪傳動，將電機卡軸扭矩傳導到機械臂的關節上。本發明意在設計一款一個驅動電機能夠驅動多個齒輪的驅動機構，發明利用槽輪間隙機構，驅動搖桿，使得驅動電機能夠在往復運動的同時在某些位置處具有停留時間，在這里的某些位置處，將設計的齒輪驅動機構安裝在轉軸往復經過的停留位置上；齒輪驅動電機轉軸為卡軸，為非圓柱形，電磁鐵的卡孔截面與卡軸相似，卡孔套在卡軸上，卡軸能夠帶動具有卡孔的電磁鐵轉動；齒輪的中心孔遠大于卡軸，所以卡軸轉動不帶動齒輪轉動，并且所設計的沒有通電的電磁鐵轉動時是無法帶動齒輪轉動的，當電機轉軸到達停留位置，通過卡軸上的導電塊與電磁鐵接觸，導致電磁鐵通電產生磁性，吸住齒輪表面，進而帶動齒輪運動，在停留位置的停留的短暫時間內，控制驅動電機轉角和轉速從而控制機械臂關節的運動幅度，每個停留點均設置一個齒輪驅動機構，驅動不同的機械臂關節。
[0007]作為本技術的進一步改進，上述導電塊包括第一導電塊和第二導電塊，上述電磁鐵導電片包括第一電磁鐵導電片和第二電磁鐵導電片，上述齒輪驅動電機包括第一電刷、第二電刷、第一導電環和第二導電環，其中第一導電環和第二導電環安裝在齒輪驅動電機轉軸上，第一電刷和第二電刷一端分別接通電源正負極，另一端分別與第一導電環和第二導電環摩擦接觸，齒輪驅動電機轉軸內部安裝有導線；電源正極通過第一電刷、第一導電環、導線與第一導電塊連接，電源負極通過第二電刷、第二導電環、導線與第二導電塊連接，第一導電塊、第二導電塊分別與第一電磁鐵導電片和第二電磁鐵導電片配合。電源、電刷、導電環、導電塊、電磁鐵導電片、線圈組成電流閉合回路。
[0008]作為本技術的進一步改進，上述槽輪槽數為偶數個。偶數的槽能夠保證往復運動的兩個行程內具有相同數目和相同位置的停留點。
[0009]作為本技術的進一步改進，上述齒輪驅動機構數量為(槽輪槽數+2) /2個。
[0010]作為本技術的進一步改進，上述齒輪驅動電機卡軸和轉軸表面不導電，設計中只有卡軸上的導電塊與電磁鐵的導電片接觸時才會使電磁鐵具有磁性進而帶動齒輪，所以驅動電機轉軸必須為不帶電的表面。
[0011 ] 作為本技術的進一步改進，上述第一驅動齒輪自身轉動阻力大于沒有通電的電磁鐵與齒輪的摩擦力，第一驅動齒輪自身轉動阻力小于通電的電磁鐵與齒輪的摩擦力。保證只有電磁鐵通電才能驅動齒輪，也就是保證同一時間有且僅有一個齒輪被驅動。
[0012]相對于傳統的機械臂驅動技術，本發明中往復電機通過轉臂和槽輪配合實現間隙旋轉，通過搖桿機構帶動齒輪驅動電機做間隙往復運動；多個齒輪驅動機構并排安裝在齒輪驅動電機卡軸上，在驅動電機的每個間隙停留時間內，有且僅對應一個齒輪驅動機構，通過改變驅動電機的轉矩和轉角控制驅動齒輪的轉角，進而驅動控制機械臂某一個自由度；本發明使用了一個驅動電機的情況下，利用間隙機構和搖桿機構，達到了控制多個齒輪轉角的目的，進而控制具有多自由度的機械臂，因為驅動電機的減少大大簡化了機械臂的結構，具有很好的實用效果。
【附圖說明】
[0013]圖1是整體機構分布示意圖。
[0014]圖2是槽輪轉臂配合示意圖。
[0015]圖3是槽輪轉臂配合前視圖。
[0016]圖4是撥盤安裝示意圖。
[0017]圖5是齒輪驅動電機固定環安裝示意圖。
[0018]圖6是導軌安裝示意圖。
[0019]圖7是支撐板安裝示意圖。
[0020]圖8是第一驅動齒輪中心孔示意圖。
[0021 ] 圖9是驅動齒輪空心轉軸安裝示意圖。
[0022]圖10是電磁鐵卡孔示意圖。
[0023]圖11是電磁鐵空心轉軸安裝示意圖。
[0024]圖12是電磁鐵轉軸套及支撐安裝示意圖。
[0025]圖13是驅動齒輪轉軸套及支撐安裝示意圖。
[0026]圖14是齒輪驅動機構剖面圖。
[0027]圖15是驅動電機轉軸與卡軸示意圖。
[0028]圖16是齒輪驅動機構工作示意圖。
[0029]圖17是齒輪驅動電機轉軸相關結構示意圖。
[0030]圖18是電刷和導電環安裝及配合示意圖。
[0031]圖19是電磁鐵線圈安裝示意圖。
[0032]圖20是電磁鐵導電片與線圈連接示意圖。
[0033]圖21是齒輪驅動機構與卡軸傳動配合示意圖。
[0034]圖中標號名稱:1、往復驅動電機，2、撥盤，3、槽輪支撐輪，4、第一支撐板，5、搖桿，
6、第一支耳，7、滑動套，8、導軌支撐，9、導軌，10、第二支撐板，11、電磁鐵，12、第一驅動齒輪，13、齒輪驅動電機支撐，14、齒輪驅動電機，15、齒輪驅動電機固定環，16、槽輪，17、槽輪轉軸，18、圓柱銷，19、轉臂，20、驅動齒輪中心孔，21、驅動齒輪空心轉軸，22、電磁鐵卡孔，23、電磁鐵空心轉軸，24、電磁鐵支撐，25、電磁鐵轉軸套，26、驅動齒輪轉軸套，27、驅動齒輪支撐，28、齒輪驅動電機卡軸，29、導電塊，29-1、第一導電塊，29-2、第二導電塊，30、齒輪驅動機構，31、齒輪驅動電機轉軸，32、第一電刷，33、第二電刷，34、第一導電環，35、第二導電環，36、導電線圈，37、電磁鐵導電片，37-1、第一電磁鐵導電片，37-2、第二電磁鐵導電片。
【具體實施方式】
[0035]如圖1所示，它包括往復驅動電機1、撥盤2、槽輪支撐輪3、第一支撐板4、搖桿5、第一支耳6、滑動套7、導軌支撐8、導軌9、第二支撐板10、齒輪驅動電機支撐13、齒輪驅動電機14、齒輪驅動電機固定環15、齒輪驅動機構30、槽輪16、槽輪轉軸17、圓柱銷18、轉臂19、齒輪驅動電機卡軸28、導電塊29、齒輪驅動電機轉軸31，其中如圖1所示，往復驅動電機1安裝在第一支撐板4上，如圖4所示，撥盤2安裝在往復驅動電機1轉軸上，如圖2、3所示，轉臂19 一端安裝在撥盤2中心且轉臂19指向為撥盤2徑向方向，槽輪16安裝在槽輪支撐輪3上，槽輪16通過槽輪轉軸17安裝在第一支撐板4上，圓柱銷18 —端安裝在轉臂19端頭，另一端與槽輪16的槽配合；如圖1所示，搖桿5 —端通過銷安裝在槽輪支撐輪3側面且非圓心處，搖桿5另一端通過轉軸安裝在第一支耳6上，如圖5所示，第一支耳6安裝在滑動套7 —端，如圖1、6所示，導軌9 一端安裝在滑動套7內部，導軌9另一端安裝在導軌支撐8上，導軌支撐8安裝在第一支撐板4上；如圖7所示，第一支撐板4安裝在第二支撐板10上，如圖1所示，齒輪驅動電機14安裝在齒輪驅動電機固定環15內，如圖5所示，固定環通過齒輪驅動電機支撐13安裝在滑動套7外圓柱面上；如圖17所示，齒輪驅動電機轉軸31為圓柱體，齒輪驅動電機卡