基于中空超声电机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的基于中空超声电机的机器人手腕。

本发明的技术方案是：

一种基于中空超声电机的机器人手腕，包括三个中空超声电机、两个联接环，所述的联接环用于联接一个电机的转子和另一个电机的底座。

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。

手腕的三个自由度可360°旋转。

所述中空超声电机的底座接口和转子接口的结构形式一样，均采用凸台环形式。

所述的联接环设有与底座和转子接口相配的凹环。

具体而言，本发明的基于中空超声电机的机器人手腕主要由第一中空超声电机1、第二中空超声电机2和第三中空超声电机3三个中空超声电机，第一联接环4和第二联接环5两个联接环组成，其中第一中空超声电机的底座11与机械臂相连，第三中空超声电机的中空转子32与机器人手部相连，三个中空超声电机的轴线空间垂直并完全解耦；每个中空超声电机的中空转子均能绕其轴线作360度旋转；第一中空超声电机1的中空转子12伸出第一中空超声电机1的一端上设有第一连接凸台，第二中空超声电机的底座22上设有第二连接凸台，第一连接凸台和第二连接凸台插入第一联接环的凹槽中从而实现第一中空超声电机和第二中空超声电机的相连；第二中空超声电机的中空转子伸出第二中空电机的一端上设有第三连接凸台，第三中空超声电机的侧面设有第四连接凸台，所述的第三连接凸台和第四连接凸台均插入第二联接环的凹槽中从而实现第二中空超声电机和第三中空超声电机的联接；机器人控制用导线和光纤能方便地穿过三个中空超声电机的中空转子而不会发生缠绕。

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, 而且每个自由度均可 360°旋转的三自由度手腕，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。

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。

图3为本发明中第二中空超声电机的结构示意图。

图4为本发明中第三中空超声电机的结构示意图。

图5为本发明中第一联接环和第二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、第二联接环，6、导线和光纤，11、第一中空超声电机的底座，12、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，22、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，32、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的机器人手腕，它主要由第一中空超声电机1（图2）、第二中空超声电机2（图3）和第三中空超声电机3（图4）三个中空超声电机，第一联接环4和第二联接环5两个联接环（图5）组成，如图1所示，其中第一中空超声电机的底座11与机械臂相连，第三中空超声电机的中空转子32与机器人手部相连，三个中空超声电机的轴线空间垂直并完全解耦；每个中空超声电机的中空转子均能绕其轴线作360度旋转；第一中空超声电机1的中空转子12伸出第一中空超声电机1的一端上设有第一连接凸台13，第二中空超声电机的底座22上设有第二连接凸台23，第一连接凸台和第二连接凸台插入第一联接环的凹槽51中从而实现第一中空超声电机和第二中空超声电机的相连；第二中空超声电机的中空转子伸出第二中空电机的一端上设有第三连接凸台24，第三中空超声电机的侧面设有第四连接凸台33，所述的第三连接凸台和第四连接凸台均插入第二联接环的凹槽中从而实现第二中空超声电机和第三中空超声电机的联接；机器人控制用导线和光纤能方便地穿过三个中空超声电机的中空转子而不会发生缠绕。

详述如下：

第一中空超声电机的底座11上的螺纹孔14用以连接机器人的机械臂，第一中空超声电机的中空转子12的环形第一连接凸台13与第二中空超声电机的底座21侧面上的第二连接凸台23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12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22的环形第三连接凸台24与第三中空超声电机的底座31侧面上的第四连接凸台33相接触，对准后用第二联接环5将第二中空超声电机的中空转子22和第三中空超声电机的底座31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、第三中空超声电机3的旋转轴线相互垂直，且每个轴线的转动都可实现360°旋转；第三中空超声电机的中空转子32上的螺纹孔34用以连接机器人的手部；与手部相连的导线和光纤6可以从第三中空超声电机的中空转子32穿过，经第三中空超声电机的底座31与第二中空超声电机的中空转子22的接口，穿过第二中空超声电机的中空转子22，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12的接口，穿过第一中空超声电机的中空转子12进入机器人的机械臂；第二中空超声电机2和单三中空超声电机3的各自导线如同导线和光纤6一样顺次进入机器人的机械臂，第一中空超声电机1导线从第一中空超声电机的底座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。