基于中空超声电机且带有支架和波纹管的机器人手腕的制作方法

本发明涉及一种机器人技术，尤其是一种机器人手腕结构，具体地说是一种三自由度完全垂直且完全解耦、导线和光纤穿装方便不会缠绕和干涉运动的基于中空超声电机的基于中空超声电机且带有支架和波纹管的机器人手腕。

背景技术：

超声电机突破了传统电机的概念，它没有磁钢和绕组，不依靠电磁感应传递能量，是利用压电陶瓷的逆压电效应，通过压电陶瓷的伸缩振动模式的转换与耦合以及特殊结构的设计，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。超声电机具有低速大扭矩的特点，可直接驱动负载，无需齿轮箱进行降速以提高输出扭矩，结构设计灵活，可方便地设计成中空形式。

现有机器人手腕一般采用电磁电机驱动，为实现三个相互垂直方向的运动，往往首先采用类似皮带轮的线传动，进行扭矩的提升，然后采用锥齿轮进行转动方向的变换，或者选用万向接头进行传动方向的变换，这些不仅使得手腕整体的体积较大，重量较重，而且线传动的钢丝松弛和齿轮传动的间隙都会影响控制精度。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有机器人手腕结构复杂，体积大、重量重、控制精度难以提高的问题，设计一种三自由度完全垂直且完全解耦、导线和光纤穿装方便不会缠绕和干涉运动的基于中空超声电机且带有支架和波纹管的机器人手腕。

本发明的技术方案是：

一种基于中空超声电机且带有支架和波纹管的机器人手腕，其特征是它包括三个中空超声电机、三个联接环和一个波纹管，所述的一个联接环用于联接一个电机的转子和另一个电机的底座，另二个联接环用于联接中二个中空超声电机的底座和波纹管的两端。

手腕的三个自由度相互垂直且完全解耦，手腕内部能穿过导线和光纤。

首尾两个中空超声电机的自由度实现 360°旋转，中间一个中空超声电机的自由度能实现大于180°往复摆动。

第一个中空超声电机的转子与第二个中空超声电机的底座通过联接环连接，所述中空超声电机上转子和底座的接口结构均采用凸台环形式，与之相配的联接环的构型是凹环。

第二个中空超声电机的转子通过支架与第三个中空超声电机的底座连接，第二个中空超声电机的底座一端与第三个中空超声电机的底座一端均通过联接环与可伸缩的波纹管连接，波纹管内部能穿过导线和光纤。

三个中空超声电机中的第一中空超声电机1的第一底座11通过螺纹孔14与机器人的机械臂相连，它的第一中空转子13伸出第一底座的一端上设有第一环形凸台12，第二中空超声电机2的第二底座21的侧面设有分别与第一中空超声电机1和第三中空超声电机3相对的第二环形凸台22第三环形凸台24，所述的第一环形凸台12和第二环形凸台22通过第一联接环4相连；所述的第二中空超声电机2的第二中空转子23的两端均与支架5的一端相连，每个支架5的另一端均与第三中空超声电机3的第三底座31相连；所述的第三环形凸台24通过第二联接环6与波纹管8一端的环形凸台相连，波纹管8另一端的环形凸台与第三中空超声电机3的第三底座31上的第四环形凸台32通过第三联接环7相连，第二中空超声电机2在支架5和波纹管的约束下能作不小于180度的来回摆动。

本发明的有益效果：

本发明由于采用超声电机，避免了齿轮和钢丝存在的问题，电机的中空结构，可以使得手腕内部可以穿过导线和光纤，联接环的结构使得手腕更加紧凑。

本发明首次创造性地将中空超声电机应用于机器人手腕控制中，不仅扩大了其应用范围，而且对提高机器人手腔的灵活性、减小体积、重量，提高控制精度有着十分重要的意义。

本发明克服传统观念束缚，通过对中空超声电机连接方式的改变扩大了其应用范围。

本发明使用三个中空超声电机构成内部可穿导线和光纤, 而且首尾两个电机的自由度均可 360°旋转，中间电机能实现不小于180度的摆动回转，有利于延长手腕的长度，解决空间受限位置的灵活性，手腕的三个自由度相互垂直，运动完全解耦，手腕内部可以穿过导线和光纤。

本发明手腕内部不存在会产生运动间隙的齿轮传动和产生松弛的线传动，易于控制，结构紧凑，易于微小型化。

本发明中波纹管一方面可以起到防止导线和光纤外露，另一方面它的伸缩性和延展性不影响相关自由度的摆动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中第一中空超声电机的结构示意图（含导线和光纤的走向）。

图3为本发明中第二中空超声电机的结构示意图（含导线和光纤的走向）。

图4为本发明中第三中空超声电机的结构示意图（含导线和光纤的走向）。

图5为本发明中第一联接环、第二联接环和第三联接环的结构示意图。

图中：1、第一中空超声电机，2、第二中空超声电机，3、第三中空超声电机， 4、第一联接环，5、支架，6、第二联接环，7、第三联接环，8、波纹管，9、导线和光纤，11、第一中空超声电机的底座，13、第一中空超声电机的中空转子，21、第二中空超声电机的底座，23、第二中空超声电机的中空转子，31、第三中空超声电机的底座，33、第三中空超声电机的中空转子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-5所示。

一种基于中空超声电机且带有支架和波纹管的机器人手腕，它包括三个中空超声电机1、2、3、三个联接环4、6、7（如图5）和一个波纹管8，所述的一个联接环4用于联接一个电机的转子和另一个电机的底座，另二个联接环6、7用于联接中二个中空超声电机的底座和波纹管8的两端。如图1所示，手腕的三个自由度相互垂直且完全解耦，手腕内部能穿过导线和光纤。首尾两个中空超声电机的自由度实现 360°旋转，中间一个中空超声电机的自由度能实现大于180°往复摆动。第一个中空超声电机1的转子与第二个中空超声电机的底座通过联接环连接，所述中空超声电机上转子和底座的接口结构均采用凸台环形式，与之相配的联接环的构型是凹环。第二个中空超声电机3的转子通过支架5与第三个中空超声电机3的底座连接，第二个中空超声电机2的底座21一端与第三个中空超声电机的底座31一端均通过联接环6、7与可伸缩的波纹管8连接，波纹管内部能穿过导线和光纤。三个中空超声电机中的第一中空超声电机1（如图2）的第一底座11通过螺纹孔14与机器人的机械臂相连，它的第一中空转子13伸出第一底座的一端上设有第一环形凸台12，第二中空超声电机2（如图3）的第二底座21的侧面设有分别与第一中空超声电机1和第三中空超声电机3相对的第二环形凸台22第三环形凸台24，所述的第一环形凸台12和第二环形凸台22通过第一联接环4相连；所述的第二中空超声电机2的第二中空转子23的两端均与支架5的一端相连，每个支架5的另一端均与第三中空超声电机3（如图4）的第三底座31相连；所述的第三环形凸台24通过第二联接环6与波纹管8一端的环形凸台相连，波纹管8另一端的环形凸台与第三中空超声电机3的第三底座31上的第四环形凸台32通过第三联接环7相连，第二中空超声电机2在支架5和波纹管的约束下能作不小于180度的来回摆动。

详述如下：

第一中空超声电机的底座11上的螺纹孔用以连接机器人的机械臂，第一中空超声电机的中空转子13的环形凸台与第二中空超声电机的底座21侧面上的凸台相接触，对准后用第一联接环4将第一中空超声电机的中空转子13和第二中空超声电机的底座21进行连接，第一中空超声电机1的旋转轴线与第二中空超声电机2的旋转轴线相垂直；第二中空超声电机的中空转子23的上下端面通过螺纹与支架5连接，支架5的另一端与第三中空超声电机的底座31通过螺纹连接，第二中空超声电机的底座21的另一端侧面上的环形凸台与波纹管8的凸台相接触，对准后用第二联接环6将第二中空超声电机的底座21和波纹管8进行连接，波纹管8另一端的环形凸台与第三中空超声电机的底座31上的凸台相接触，对准后用第三联接环7将第三中空超声电机的底座31和波纹管8进行连接， 第二中空超声电机2的旋转轴线与第三中空超声电机3的旋转轴线相垂直；第一中空超声电机1的旋转轴线、第二中空超声电机2的旋转轴线和第三中空超声电机3的旋转轴线相互垂直，第一中空超声电机1和第三中空超声电机3的旋转轴线可实现360°旋转，第二中空超声电机2的旋转轴线可实现大于180°的往复摆动；第三中空超声电机的中空转子33上的螺纹孔用以连接机器人的手部；与手部相连的导线和光纤9可以从第三中空超声电机的中空转子33穿过，经第三中空超声电机的底座31、波纹管8、第二中空超声电机的底座21的内部穿过，再经第二中空超声电机的底座21与第一中空超声电机的中空转子13的接口，穿过第一中空超声电机的中空转子13进入机器人的机械臂；第二中空超声电机2和第三中空超声电机3的各自导线如同导线和光纤9一样顺次进入机器人的机械臂，第一中空超声电机1导线从第一超声电机的底座11直接进入机器人的机械臂。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。