驱动传动一体化机械臂的制作方法

本发明涉及一种机械关节，尤其涉及一种驱动传动一体化机械臂。

背景技术

在目前现有的关节中，驱动器的发展已经成为关节发展的重中之重，电机驱动的关节精度可以达到设计使用的要求，但是电机的功率比小，电机和减速传动装置要占据很大的一部分空间，极大地限制的关节发展；因此需要一种驱动传动一体化的方式，增大功率，节约空间与响应时间。

离子聚合物金属复合材料ipmc(ion-exchangepolymermetalcomposites)是一种新型的智能材料，其它常规智能材料相比，ipmc材料需要较低的驱动电压，具有很好的柔韧性、快速的响应速度及较大的位移量，能提供较高的化学能转换机械能的变换效率，因此高性能的ipmc材料将使人类的许多科学幻想转变为现实。ipmc是一种电激活材料，当给ipmc薄膜施加直流电压时，薄膜弯曲，并且弯曲程度随着电压的增加而上升，在不同频率下，弯曲位移达到饱和时的驱动电压值不同。在频率较高时，电压值较小。薄膜的运动受施加电流的控制，但其响应受到ipmc中含水量的影响。它构成的致动器结构简单，不需要传统的机械运动部件。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种驱动传动一体化机械臂，采用离子聚合物金属复合材料(ipmc)驱动的方式，巧妙地将运用离子聚合物金属复合材料(ipmc)形变时产生的大应力作为关节运动的驱动力，实现了驱动传动一体化，能够增大驱动功率，节约空间与响应时间。

本发明的复合驱动机械关节，包括座体、安装于座体顶部且其末端可在一球壳面上运动的旋转ipmc组件、固定于旋转ipmc组件末端的弯曲ipmc组件和固定于弯曲ipmc组件末端的自转ipmc组件；所述旋转ipmc组件通过内设的第一ipmc弯曲件和球形齿轮机构控制弯曲ipmc组件在绕定点旋转，所述弯曲ipmc组件通过内设的第二ipmc弯曲件控制自转ipmc组件摆动，所述自转ipmc组件用于通过内设的第三ipmc弯曲件控制自转ipmc组件的安装连接盘自转。

进一步，所述旋转ipmc组件包括从动轴、主动轴、从动轴安装组件、主动轴安装组件和用于驱动主动轴的旋转驱动组件；所述从动轴的前端为旋转ipmc组件的末端，从动轴的后端与主动轴的前端通过球齿轮传动配合，所述从动轴安装组件和主动轴安装组件均包括上下摆动环和设置于上下摆动环内的左右摆动环，所述上下摆动环以可上下摆动的方式铰接于座体，所述左右摆动环以可左右摆动的方式铰接于上下摆动环，所述主动轴和从动轴固定内套于对应左右摆动环，所述旋转驱动组件用于分别驱动上下摆动环和左右摆动环摆动，进而主动轴通过球齿轮控制从动轴旋转。

进一步，所述旋转驱动组件包括位于主动轴后端并与座体固定连接的环形支架、固定于环形支架内的左右摆动ipmc驱动条和上下摆动ipmc驱动条，所述环形支架内顶端和底端分别竖直固定设置有上支撑杆和下支撑杆，左右摆动ipmc驱动条包括沿横向位于主动轴后端两侧的左摆动ipmc驱动条和右摆动ipmc驱动条，左摆动ipmc驱动条的一端和右摆动ipmc驱动条的一端分别固定于环形支架内壁，左摆动ipmc驱动条的另一端和右摆动ipmc驱动条的另一端分别通过弹性绳横向拉扯于主动轴的后端；上下摆动ipmc驱动条包括沿竖向位于主动轴后端两侧的上摆动ipmc驱动条和下摆动ipmc驱动条，上摆动ipmc驱动条的一端和右摆动ipmc驱动条的一端分别垂直固定于上支撑杆的径向内端和下支撑杆的径向内端，上摆动ipmc驱动条的一端和右摆动ipmc驱动条的一端分别通过弹性绳竖向拉扯于上下摆动环的上、下两端。

进一步，所述弯曲ipmc组件包括第一固定盘、第二固定盘和连接于第一固定盘和第二固定盘之间的第二ipmc弯曲件；第二ipmc弯曲件包括平行并列设置的第二ipmc弯曲条i和第二ipmc弯曲条ii，所述第一ipmc弯曲条i和第一ipmc弯曲条ii分别通过被电控弯曲进而控制第二固定盘在空间内作弧线形摆动，所述自转ipmc组件固定于第二固定盘。

进一步，所述第二ipmc弯曲条i和第二ipmc弯曲条ii分别为沿长度方向并列设置的两条，对应两条第二ipmc弯曲条i或第二ipmc弯曲条ii之间通过连接件以平行的方式连接固定。

进一步，所述自转ipmc组件包括安装连接盘和第三ipmc弯曲件，所述第三ipmc弯曲件包括多条连接于安装连接盘和第二固定盘之间的第三ipmc弯曲条，多条第三ipmc弯曲条沿周向布置于安装连接盘和第二固定盘并通过被电控弯曲进而控制安装连接盘相对于第二固定盘自转。

进一步，所述安装连接盘和第二固定盘之间还设置有中心支撑轴，所述中心支撑轴的一端垂直固定于第二固定盘中心，另一端穿过设置于安装连盘的中心导向孔。

进一步，包括两平行固定连接的u形支架，所述从动轴安装组件和主动轴安装组件以一一对应的方式安装于u形支架。

本发明的有益效果是：本发明的驱动传动一体化机械臂，采用离子聚合物金属复合材料(ipmc)驱动的方式，巧妙地将运用离子聚合物金属复合材料(ipmc)形变时产生的大应力作为关节运动的驱动力，满足准确的驱动关节转动要求的角度，实现了驱动传动一体化，能够增大驱动功率，节约空间与响应时间。

附图说明

图1为本发明的轴测图图；

图2为本发明的侧视图。

具体实施方式

图1为本发明的轴测图；图2为本发明的侧视图。如图所示：包括座体、安装于座体顶部且其末端可在一球壳面上运动的旋转ipmc组件、固定于旋转ipmc组件末端的弯曲ipmc组件和固定于弯曲ipmc组件末端的自转ipmc组件；所述旋转ipmc组件被控制绕定点作球壳面旋转，所述弯曲ipmc组件通过内设的第二ipmc弯曲件控制自转ipmc组件摆动，所述自转ipmc组件用于通过内设的第三ipmc弯曲件控制自转ipmc组件的安装连接盘自转；采用离子聚合物金属复合材料(ipmc)驱动的方式，巧妙地将运用离子聚合物金属复合材料(ipmc)形变时产生的大应力作为关节运动的驱动力，满足准确的驱动关节转动要求的角度，实现了驱动传动一体化，能够增大驱动功率，节约空间与响应时间。

本实施例中，所述旋转ipmc组件包括从动轴1、主动轴2、从动轴安装组件、主动轴安装组件和用于驱动主动轴的旋转驱动组件；所述从动轴的前端为旋转ipmc组件的末端，从动轴的后端与主动轴的前端通过球齿轮3传动配合，所述从动轴安装组件和主动轴安装组件均包括上下摆动环4和设置于上下摆动环4内的左右摆动环，所述上下摆动环以可上下摆动的方式铰接于座体，所述左右摆动环以可左右摆动的方式铰接于上下摆动环，所述主动轴和从动轴固定内套于对应左右摆动环，所述旋转驱动组件用于分别驱动上下摆动环和左右摆动环摆动，进而主动轴通过球齿轮控制从动轴旋转；如图所示，上下摆动环的转轴与左右摆动环的转轴垂直共面，所述上下摆动环的左右两端分别通过铰销与安装座铰接，左右摆动环的上下两端分别通过铰销与上下摆动环两端铰接，使得主动轴和从动轴球传动稳定性好；

本实施例中，所述旋转驱动组件包括位于主动轴后端并与座体固定连接的环形支架6、固定于环形支架6内的左右摆动ipmc驱动条和上下摆动ipmc驱动条，所述环形支架内顶端和底端分别竖直固定设置有上支撑杆7和下支撑杆8，左右摆动ipmc驱动条包括沿横向位于主动轴后端两侧的左摆动ipmc驱动条9和右摆动ipmc驱动条10，左摆动ipmc驱动条的一端和右摆动ipmc驱动条的一端分别固定于环形支架内壁，左摆动ipmc驱动条的另一端和右摆动ipmc驱动条的另一端分别通过弹性绳11横向拉扯于主动轴的后端；上下摆动ipmc驱动条包括沿竖向位于主动轴后端上下两侧的上摆动ipmc驱动条12和下摆动ipmc驱动15条，上摆动ipmc驱动条的一端和右摆动ipmc驱动条的一端分别垂直固定于上支撑杆的径向内端和下支撑杆的径向内端，上摆动ipmc驱动条的一端和右摆动ipmc驱动条的一端分别通过弹性绳竖向拉扯于上下摆动环的上、下两端；该旋转驱动结构能够独立驱动主动轴的左右摆动和驱动上下摆动环上下摆动，实现主动轴全方位驱动。

本实施例中，所述弯曲ipmc组件包括第一固定盘18、第二固定盘19和连接于第一固定盘和第二固定盘之间的第二ipmc弯曲件；第二ipmc弯曲件包括平行并列设置的第二ipmc弯曲条i21和第二ipmc弯曲条ii22，所述第一ipmc弯曲条i和第一ipmc弯曲条ii分别通过被电控弯曲进而控制第二固定盘在空间内作弧线形摆动，所述自转ipmc组件固定于第二固定盘；易于实现弯曲操作，并且结构强度高，结构简单紧凑。

本实施例中，所述第二ipmc弯曲条i和第二ipmc弯曲条ii分别为沿长度方向并列设置的两条，对应两条第二ipmc弯曲条i或第二ipmc弯曲条ii之间通过连接件以平行的方式连接固定；弯曲后强度高。

本实施例中，所述自转ipmc组件包括安装连接盘23和第三ipmc弯曲件24，所述第三ipmc弯曲件包括多条连接于安装连接盘和第二固定盘之间的第三ipmc弯曲条，多条第三ipmc弯曲条沿周向布置于安装连接盘和第二固定盘并通过被电控弯曲进而控制安装连接盘相对于第二固定盘自转；利于实现安装连接盘相对于第二固定盘自转，结构稳定性高。

本实施例中，所述安装连接盘和第二固定盘之间还设置有中心支撑轴25，所述中心支撑轴的一端垂直固定于第二固定盘中心，另一端穿过设置于安装连盘的中心导向孔；进一步提高自传稳定性。

本实施例中所述座体包括两平行固定连接的u形支架26，所述从动轴安装组件和主动轴安装组件以一一对应的方式安装于u形支架；两u形支架平行间隔设置，且两u形支架底部通过连接条固定，u形支架与环形支架之间通过连接条固定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。