机器人关节模块结构、使用该关节模块结构的机器人及其工作方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种机器人关节模块结构、使用该关节模块结构的机器人及其工作方法。

背景技术：
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以往的机器人设计中，大部分是通用的设计，具有固定的结构与自由度。这类机器人一般只能用于固定的工作条件和工作目标，对于新的工作条件和工作目标则很难实现。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种机器人关节模块结构、使用该关节模块结构的机器人及其工作方法，本发明结构体积更小，结构更为简单，质量更轻，联接更为方便。

本发明机器人关节模块结构，其特征在于：包括柱形外壳、固定设在柱形外壳第一端的输入端盖和设在柱形外壳第二端的输出端盖，所述输出端盖与柱形外壳第二端之间设有支撑轴承，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机和由电机驱动转动的减速器，所述减速器的输出端与输出端盖固定连接。

进一步的，上述输入端盖中部具有第一凸台，所述第一凸台周圈上设有沉孔，所述输入端盖周部通过螺栓与柱形外壳连接，所述第一凸台中心设有通孔。

进一步的，上述输出端盖套置并用螺丝固定在支撑轴承的内圈上，支撑轴承的外圈固定在柱形外壳第一端端面上，所述输出端盖中心部设有穿孔和键槽，所述减速器的输出端设有分别与穿孔、键槽配合的轴和键。

本发明使用关节模块结构的机器人，其特征在于：所述机器人包括两个或两个以上依次连接的关节模块，所述关节模块包括柱形外壳、固定设在柱形外壳第一端的输入端盖和设在柱形外壳第二端的输出端盖，所述输出端盖与柱形外壳第二端之间设有支撑轴承，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机和由电机驱动转动的减速器，所述减速器的输出端与输出端盖固定连接；两关节模块结构之间连接条形连接片或l型连接片，所述条形连接片或l型连接片的端部上均设有与输入端盖或输出端盖螺纹连接的孔道。

进一步的，上述机器人具有四个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块和第四关节模块，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖之间通过l型连接片连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片连接。

进一步的，上述机器人具有六个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块、第四关节模块、第五关节模块和第六关节模块，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖、所述第四关节模块的输出端盖与第五关节模块的输入端盖、所述第五关节模块的输出端盖与第六关节模块的输入端盖之间通过l型连接片连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片连接。

本发明关节模块机器人的工作方法，其特征在于：所述机器人包括两个或两个以上依次连接的关节模块，所述关节模块包括柱形外壳、固定设在柱形外壳第一端的输入端盖和设在柱形外壳第二端的输出端盖，所述输出端盖与柱形外壳第二端之间设有支撑轴承，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机和由电机驱动转动的减速器，所述减速器的输出端与输出端盖固定连接；两关节模块结构之间连接条形连接片或l型连接片，所述条形连接片或l型连接片的端部上均设有与输入端盖或输出端盖螺纹连接的孔道，所述机器人具有四个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块和第四关节模块，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖之间通过l型连接片连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片连接；工作时，第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块和第四关节模块中电机分别受控制器控制，使它们的输出端盖分别转动不同角度，从而实现空间4个自由度控制。

本发明关节模块机器人的工作方法，其特征在于：所述机器人包括两个或两个以上依次连接的关节模块，所述关节模块包括柱形外壳、固定设在柱形外壳第一端的输入端盖和设在柱形外壳第二端的输出端盖，所述输出端盖与柱形外壳第二端之间设有支撑轴承，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机和由电机驱动转动的减速器，所述减速器的输出端与输出端盖固定连接；两关节模块结构之间连接条形连接片或l型连接片，所述条形连接片或l型连接片的端部上均设有与输入端盖或输出端盖螺纹连接的孔道，所述机器人具有六个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块、第四关节模块、第五关节模块和第六关节模块，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖、所述第四关节模块的输出端盖与第五关节模块的输入端盖、所述第五关节模块的输出端盖与第六关节模块的输入端盖之间通过l型连接片连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片连接；工作时，第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块、第四关节模块、第五关节模块和第六关节模块中电机分别受控制器控制，使它们的输出端盖分别转动不同角度，从而实现空间6个自由度控制。

本发明机器人关节模块结构、使用该关节模块结构的机器人体积更小，结构更为简单，质量更轻，联接更为方便。

附图说明：

图1是关节模块的外形图；

图2是关节模块的内部结构示意图；

图3是条形连接片的构造示意图；

图4是l型连接片的构造示意图；

图5是条形连接片连接关节模块的构造示意图；

图6是l型连接片连接关节模块的构造示意图；

图7是四自由度模块化机器人的构造示意图；

图8是六自由度模块化机器人的构造示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明机器人关节模块结构包括柱形外壳1、固定设在柱形外壳1第一端的输入端盖2和设在柱形外壳第二端的输出端盖3，所述输出端盖3与柱形外壳1第二端之间设有支撑轴承4，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机5和由电机5驱动转动的减速器6，所述减速器6的输出端与输出端盖3固定连接。电机由与其连接的控制器控制，以便根据需要进行控制输出端盖3的转动。

进一步的，上述输入端盖2中部具有第一凸台7，所述第一凸台7周圈上设有沉孔8，通过所述输入端盖周部通过螺栓与柱形外壳连接，所述第一凸台中心设有通孔9，该通孔9穿入电源电线、控制电线，以控制电机的动作。

进一步的，为了设计合理，上述输出端盖3套置并用螺丝固定在支撑轴承4的内圈401上，支撑轴承的外圈402固定在柱形外壳第一端端面上，所述输出端盖中心部设有穿孔10和键槽，所述减速器的输出端设有分别与穿孔、键槽配合的轴11和键，通过减速器输出端的轴11和键可以与输出端盖3穿孔、键槽进行配合，从而实现输出端盖3受减速器控制。

本发明使用关节模块结构的机器人，所述机器人包括两个或两个以上依次连接的关节模块a，所述关节模块a包括柱形外壳1、固定设在柱形外壳1第一端的输入端盖2和设在柱形外壳第二端的输出端盖3，所述输出端盖3与柱形外壳1第二端之间设有支撑轴承4，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机5和由电机5驱动转动的减速器6，所述减速器6的输出端与输出端盖3固定连接；两关节模块结构a之间连接条形连接片12或l型连接片13，所述条形连接片或l型连接片的端部上均设有与输入端盖或输出端盖螺纹连接的孔道14。

进一步的，为了实现四个自由度的活动，上述机器人具有四个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块a1、第二关节模块a2、第三关节模块a3和第四关节模块a4，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖之间通过l型连接片13连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片12连接。

进一步的，为了实现六个自由度的活动，上述机器人具有六个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块a1、第二关节模块a2、第三关节模块a3、第四关节模块a4、第五关节模块a5和第六关节模块a6，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖、所述第四关节模块的输出端盖与第五关节模块的输入端盖、所述第五关节模块的输出端盖与第六关节模块的输入端盖之间通过l型连接片13连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片12连接。

关节模块的电机采用ec盘式电机作为驱动装置，采用行星齿轮箱作为减速器减速的传动方式，由减速器输出轴带动模块输出端盖转动。

此类关节模块有两种，一种是与固定基座相连接的。该模块直径为100mm，长度为200mm，质量为2.5kg，输出力矩为30nm。另一种是不与基座相连可在空间中运动的。该模块外形与前者相同，直径100mm，长度200mm，但是此模块质量较轻，仅1.5kg，输出力矩为15nm。

每个关节模块之间通过连接模块相连，每个连接模块起到承上启下的作用，本模块化机器人系统设计了两种类型的连接模块，一种是轴线平行的连接模块，另外一种是轴线相互垂直的连接模块。使用轴线平行的连接模块，关节模块的方向不会变，使用轴线垂直的连接模块，关节模块的方向发生变化。如图3，是轴线平行的连接模块。如图4，是轴线垂直的连接模块。

本发明关节模块机器人的工作方法，所述机器人包括两个或两个以上依次连接的关节模块，所述关节模块包括柱形外壳、固定设在柱形外壳第一端的输入端盖和设在柱形外壳第二端的输出端盖，所述输出端盖与柱形外壳第二端之间设有支撑轴承，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机和由电机驱动转动的减速器，所述减速器的输出端与输出端盖固定连接；两关节模块结构之间连接条形连接片或l型连接片，所述条形连接片或l型连接片的端部上均设有与输入端盖或输出端盖螺纹连接的孔道，所述机器人具有四个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块和第四关节模块，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖之间通过l型连接片连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片连接；工作时，第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块和第四关节模块中电机分别受控制器控制，使它们的输出端盖分别转动不同角度，从而实现空间4个自由度控制。

本发明关节模块机器人的工作方法，所述机器人包括两个或两个以上依次连接的关节模块，所述关节模块包括柱形外壳、固定设在柱形外壳第一端的输入端盖和设在柱形外壳第二端的输出端盖，所述输出端盖与柱形外壳第二端之间设有支撑轴承，以实现输出端盖可相对柱形外壳第二端转动，所述柱形外壳体内设有电机和由电机驱动转动的减速器，所述减速器的输出端与输出端盖固定连接；两关节模块结构之间连接条形连接片或l型连接片，所述条形连接片或l型连接片的端部上均设有与输入端盖或输出端盖螺纹连接的孔道，所述机器人具有六个依次连接的关节模块，分别是第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块、第四关节模块、第五关节模块和第六关节模块，所述第一关节模块的输出端盖与第二关节模块的输入端盖、所述第三关节模块的输出端盖与第四关节模块的输入端盖、所述第四关节模块的输出端盖与第五关节模块的输入端盖、所述第五关节模块的输出端盖与第六关节模块的输入端盖之间通过l型连接片连接，所述第二关节模块的输出端盖与第三关节模块的输入端盖之间通过条形连接片连接；工作时，第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块、第四关节模块、第五关节模块和第六关节模块中电机分别受控制器控制，使它们的输出端盖分别转动不同角度，从而实现空间6个自由度控制。

本发明机器人关节模块结构、使用该关节模块结构的机器人体积更小，结构更为简单，质量更轻，联接更为方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。