一种基于同步传动的机器人颈部旋转装置及控制方法与流程

本发明涉及机械运动领域，具体涉及一种基于同步传动的机器人颈部旋转装置及控制方法。

背景技术：

随着智能科学、自动化科学的不断发展，越来越多的智能型类人机器人被生产，当今机器人颈部机构多为电机和机器人头部直接连接，会导致电机直接轴向负载造成的电机振动、磨损等问题，同时控制精度低，不能有效的模仿出人类的颈部动作。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种机器人头部俯仰装置，本发明结构稳定，模仿逼真，同时制造成本低；

同时本发明还提供了一种机器人头部俯仰装置的控制方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于同步传动的机器人颈部旋转装置，包括承载平台、同步传动机构、旋转平台和动力机构，所述同步传动机构包括第一同步轮、第二同步轮和同步带，所述动力机构安装于承载平台，所述第一同步轮安装于所述动力机构的动力输出轴，所述第二同步轮安装于承载平台，所述第二同步轮与所述旋转平台连接，所述第一同步轮和第二同步轮通过同步带连接，通过同步传动实现机器人头部的旋转，可以将电机与旋转平台分开，避免因电机与旋转平台直接接触，造成的电机振动、磨损等问题。

优选的，所述第一同步轮和第二同步轮的传动比为1:5～1：1.5，所述第一同步轮的节圆半径小于第二同步轮的节圆半径，可以提高电机对旋转平台的控制精度。

优选的，所述同步传动机构还包括张紧轮和张紧轮轴承座，所述张紧轮通过张紧轮转轴安装于张紧轮轴承座，所述张紧轮轴承座安装于所述承载平台，所述张紧轮与同步带连接，所述张紧轮可以根据同步带的松紧程度，自动调节张紧力，使同步带传输安全可靠。

优选的，所述承载平台包括多条长支撑柱、多条短支撑柱，固定框架、上固定板和下固定板，所述固定框架固定于多条所述长支撑柱上端，所述下固定板固定于固定框架，所述第二同步轮安装于下固定板，多条所述短支撑柱下端固定于固定框架，多条所述短支撑柱上端与所述上固定板连接。

优选的，所述旋转平台包括旋转板、旋转轴、第一轴承座、第二轴承座和第三轴承座，所述旋转板安装于所述上固定板，所述旋转轴的一端通过第一轴承座与所述旋转板连接，所述旋转轴的另一端依次穿过上固定板、第二轴承座、第二同步轮后通过第三轴承座安装于下固定板，所述旋转板通过旋转轴与所述第二同步轮连接，第二同步轮带动旋转轴旋转，从而带动旋转板旋转。

优选的，每个所述长支撑柱与所述固定框架的连接处安装有固定座，每个所述短支撑柱与所述固定框架的连接处安装有固定座，可以使承载平台的支撑更加稳固。

优选的，所述动力机构包括电机和电机固定板，所述电机通过电机固定板安装于所述承载平台，所述第一同步轮安装于所述电机的动力输出轴，所述电机为步进电机。

优选的，所述电机连接有编码器，所述编码器通过编码器固定板安装于所述承载平台，所述编码器为角度编码器，通过角度编码器反馈角度信息，防止步进电机长时间旋转的丟步问题，达到精确控制的效果。

一种基于同步传动的机器人颈部旋转装置的控制方法，包括以下步骤：

机器人头部安装在旋转板上，电机带动第一同步轮转动，第一同步轮带动同步带旋转，同步带在张紧轮的张紧作用在带动第二同步轮旋转，所述第二同步轮通过旋转轴带动旋转板转动，从而带动机器人头部旋转，完成机器人颈部的旋转动作；

电机在转动的同时将转动的角度信号传输给编码器，编码器将角度信号转化为电信号回传给机器人的控制芯片，形成反馈环。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过同步传动实现机器人头部的旋转，可以将电机与旋转平台分开，避免因电机与旋转平台直接接触，造成的电机振动、磨损等问题。

2、本发明中第一同步轮的节圆半径小于第二同步轮的节圆半径，可以提高电机对旋转平台的控制精度。

3、本发明通过编码器反馈角度信息，防止步进电机长时间旋转的丟步问题，达到精确控制的效果。

附图说明

图1是本发明一种基于同步传动的机器人颈部旋转装置的结构示意图；

图2是本发明中第二轴承座的安装位置示意图；

图3是本发明中第三轴承座和张紧轮轴承座的安装位置示意图；

其中，1为承载平台，11为长支撑柱，12为短支撑柱，13为固定框架，14为上固定板，15为下固定板，16为第一固定座，17为第二固定座，2为同步传动机构，21为第一同步轮，22为第二同步轮，23为同步带，24为张紧轮，25为张紧轮转轴，26为张紧轮轴承座，3为旋转平台，31为旋转板，32为旋转轴，33为第一轴承座，34为第二轴承座，35为第三轴承座吗，4为动力机构，41为电机，42为电机固定板，5为编码器，51为编码器固定板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、图2所示，一种基于同步传动的机器人颈部旋转装置，包括承载平台1、同步传动机构2、旋转平台3和动力机构4，所述同步传动机构2包括第一同步轮21、第二同步轮22、和同步带23，所述第一同步轮21安装于所述电机41的动力输出轴，所述第二同步轮22安装于所述承载平台1，所述第二同步轮22与所述旋转平台3连接，所述第一同步轮21和第二同步轮22通过同步带23连接，通过同步带23带动选择平台3旋转，通过同步传动实现机器人头部的旋转，同时将电机41与旋转平台3的分开，避免因电机直接轴向负载造成的电机振动、磨损等问题。

所述第一同步轮21和第二同步轮22的传动比为1:3，第一同步轮21的节圆半径小于第二同步轮22的节圆半径，可以提高电机41对旋转平台3的控制精度。

所述同步传动机构2还包括张紧轮24和张紧轮轴承座26，所述张紧轮24通过张紧轮转轴25安装于张紧轮轴承座26，所述张紧轮轴承座26安装于固定框架13，所述张紧轮24与同步带23连接，所述张紧轮24可以根据同步带23的松紧程度，自动调节张紧力，使同步带23传输安全可靠。

所述承载平台包括4条长支撑柱11、4条短支撑柱12、固定框架13、上固定板14和下固定板15，所述固定框架13固定于4条所述长支撑柱11上端，所述下固定板15固定于固定框架13下面，所述第二同步轮22安装于下固定板15，4条所述短支撑柱12下端固定于固定框架13上面，4条所述短支撑柱12上端与所述上固定板14连接。

所述旋转平台3包括旋转板31、旋转轴32、第一轴承座33、第二轴承座34和第三轴承座35，所述旋转板31安装于所述上固定板14上端，所述第一轴承座33位于所述旋转板31下面，所述第二轴承座34安装于所述上固定板14下面，所述旋转轴32的一端通过第一轴承座33与所述旋转板31连接，所述旋转轴32的另一端依次穿过上固定板14、第二轴承座34、第一同步轮21后通过第三轴承座35安装于下固定板15，第二同步轮22带动旋转轴32旋转，从而带动旋转板31旋转。

每个所述长支撑柱11与所述固定框架13的连接处安装有第一固定座16，每个所述短支撑柱12与所述固定框架的连接处安装有2个第二固定座17，可以使承载平台的支撑更加稳固。

所述动力机构4包括电机41和电机固定板42，所述电机41通过电机固定板42安装于所述固定框架13，所述第一同步轮连接21安装于所述电机41的动力输出轴，电机41带动同步轮转动，所述电机41为步进电机。

所述电机41连接有编码器5，所述编码器5通过编码器固定板51安装于两个长支撑柱11之间，所述编码器5为角度编码器，通过编码器5反馈角度信息，防止步进电机长时间旋转的丟步问题，达到精确控制的效果。

一种基于同步传动的机器人颈部旋转装置的控制方法，包括以下步骤：

机器人头部安装在旋转板31上，电机41带动第一同步轮21转动，第一同步轮21带动同步带23旋转，同步带23在张紧轮24的张紧作用在带动第二同步轮22旋转，所述第二同步轮22通过旋转轴32带动旋转板31转动，从而带动机器人头部旋转，完成机器人颈部的旋转动作。

电机41在转动的同时将转动的角度信号传输给编码器5，编码器5将角度信号转化为电信号回传给机器人的控制芯片，形成反馈环。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。