专利名称：一种驱动组合机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可应用于易燃易爆等环境中的各式机器人的运动机构，属于机器人控制技术领 域。
背景技术：
目前，机器人已被成功地应用于许多领域，如工厂里的焊接与装配、火星探测、军事侦察、博物馆内导游以及课堂内辅助教学等。不过这些工作环境大多比较安全，而对于易燃易爆等危险环境，如在石油、天然气、粉尘、可燃气体等环境中作业，目前的绝大多数机器人都不能适应，因为它们自身电路中的大电流和大电感都可能引起燃烧(或爆炸)。因此将机器人应用于各种环境中便成了当前需要解决的问题，对于工作在危险环境中的机器人， 首先应该保证机器人中最容易引起不安全因素的驱动模块应具有安全可靠的要求，这样对于机器人本身和整个工作场所的安全都有一定的保护作用。现有机器人的驱动模块大多无安全性设计，不能应用于危险的场所。因此，对于工作在危险场所的机器人，其运动驱动部分应满足安全可靠的要求。本发明的目的在于使机器人适合工作于各种工作环境，提供一种安全可靠的机器人驱动机构，它采用的是模块化设计，分别由几部分组成。各部分协同工作，从而完成对机器人的驱动。由于采用分离式供电和超声波电机，因此，减少了由单个电源供电时出现大电流和系统中有过大的电感和电容的问题，这样便有效地减少了在危险场合工作时的不安全因素。由于本驱动组合机构仅依靠自身的特点来适合各种工作环境，因此它的安全性、可靠性进一步增强。
发明内容
为了克服现有技术中机器人难于工作在危险的环境中、而且控制精度不太精确的不足，本发明提供一种安全性较高、物理上实现方便、结构简单、且控制精度较高的一种驱动组合机构。本发明解决其技术问题的方案是
一种驱动组合机构，用于为机器人提供驱动功能，其特征在于所述驱动组合机构由两个或两个以上的供电独立的驱动模块4组成，所述的驱动模块4由分离式电源1、超声波电机驱动控制器2以及超声波电机3构成；所述的驱动模块内的分离式电源1对超声波电机 3独立供电；所述的驱动模块内的超声波电机驱动控制器2负责对驱动模块内的超声波电机3进行相应控制，驱动模块内的超声波电机驱动控制器2和驱动模块内的超声波电机3 之间有控制信号的连接点，超声波电机驱动控制器2受机器人主控制器的控制；在所述的驱动模块内的超声波电机3上安装定位孔，在电机输出轴和机器人相关的运动机构之间安装固定连接装置。根据上述方案，独立驱动模块内采用了独立电源，独立电源仅对本驱动模块供电， 这样使驱动模块内的电流仅作用于本驱动模块，由此可以避免由单一的电源为多个驱动模块提供电源而引起机器人驱动模块中总电流过大的问题。由驱动模块内的电源给其超声波电机和超声波电机控制器供电，由主控制器给出控制信号进而驱动超声波电机工作，超声波电机的工作则可驱动各种运动机构，多个驱动模块的协作则可以实现对机器人的运动。 各个驱动模块的供电系统是独立的，所有驱动机构的电源部分合称为驱动组合机构的分离式电源。分离式电源由N(N>2)个相互独立的供电电源(如电池组)组成，各供电电源之间不串联也不并联，但可以共地。每个供电模块仅为一个驱动机构内的控制电路与电机供电，其输出值取决于该驱动机构。每个供电电源与其所供电的控制器和电机共同组成一个独立电路回路。由于每个驱动模块各有其独立的电源，因而各驱动模块内的电流相对较小，使得整个机器人系统中的最大电流不是系统中所有耗电单元的电流总和，而是某一驱动模块内的最大电流。这一点相对于传统单一电源供电的系统而言有本质的区别单一电源供电的总电流大小是所有耗电单元的电流总和，使得电路中的电流过大。而现有的机器人供电系统大多是单一供电方式，因此单一电源的供电方式不适合工作在易燃易爆等环境中，所以采用分离式电源供电的方式可以使机器人安全可靠地工作在危险的环境中。分离式电源1在结构上具有相互分离，互不影响，其组成如图2所示，分别由几个不同且相互独立的电源组成。驱动组合机构的电源可以是不同型号、不同类型的电源，只要能够满足驱动要求即可。由于本驱动组合机构面对的工作环境是危险的、多样的，所以对机构内的各部分组成要求较高。以往以电磁方式工作的电机具有较大的电磁效应，大的电感的特点，而这些特点不利于机器人工作于危险的环境，因此采用电磁工作方式的电机作为机器人的动力驱动时，它工作在危险的环境中会造成诸多的不利的因素。本驱动组合机构驱动部分采用的是超声波电机，它没有电磁绕组，不依靠电磁感应传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应，将材料的微观变形通过磨擦耦合和共振放大转换为宏观的机械运动。与传统的电磁电机相比，具有无电磁效应、低速大扭、响应时间快、断电自锁、结构简单、体积小、重量轻、运行无噪声、机构上设计简单等特点，能直接驱动负载，控制特性好。由于超声波机电机具有以上的特点，因此采用超声波电机作为机器人的动力驱动，可以使机器人比较安全地工作在危险的环境中。现有的超声波电机种类多，它所能工作的场合也不尽相同，因此对于本驱动组合机构的超声波的选型也应根据机器人所面临的工作环境而选取。本驱动组合机构面对的环境是危险的、多样的，采用的超声波电机使得系统中的电磁效应明显减弱，但超声波电机也有其不足之处就是其发热问题，产生热量过多会使整个工作环境的不安全因素增大，以往的控制器由于对环境因素要求不高，没有将环境因素考虑进去，因此本超声波控制器就要将这一点考虑进去，目前本驱动组合机构的超声波电机控制器有别于其它控制器的不同之处就在于它对超声波电机的温度控制较好，在原有超声波电机控制器的基础上增加了对温度处理部分，如图3所示，当超声波电机温度超过一定值时便产生信号给机器人的主控制系统，使得主控制系统采取相应的动作。采用这样的控制使得整个系统的安全因素大大增强。本发明与现有技术对比的有益效果是1.本发明提供了一种结构合理且可以应用于各种环境中的驱动组合机构。2.采用分离式电源可以可靠地工作在各种环境中，实现简单可靠。3.采用超声波电机可以直接驱动运动机构，不需要减速机构简化了结构，而且还具有自锁功能。4.超声波电机无电磁效应，可以很好地适应各种环境。5.分离式电源和超声波电机的有机结合使得机器人 在驱动上对环境的适应能力增强。本发明的优点在于对整个机器人系统进行了模块化设计、使用分离式电源、使用超声波电机、控制器对环境的适应较好。整个驱动组合机构使用分离式电源1对其供电，而每个驱动模块使用各自的电源来供电，驱动模块使用超声波电机3和超声波电机驱动控制器2对机器人运动进行控制，本驱动组合机构装置可以很好地驱动各种工作环境中的机器人，且结构简单，应用范围广。
图1为本发明驱动组合机构的总体框架示意图。图2为本发明分离式电源的组成结构示意图。图3为本发明超声波电机控制器的结构。
具体实施例方式结合附图及实施例详述本发明。如图1、图2和图3所示，本发明由两个或两个以上的独立供电驱动模块4组成，而它由分离式电源1、控制驱动装置2、超声波电机3组成。分离式电源之间相互独立，它们的组成可以是不同类型，不同型号，但供电要满足驱动模块的供电要求，组成简单。图1为为本发明驱动组合机构的总体框架示意图。所述驱动组合机构由两个或两个以上的供电独立的驱动模块4组成，所述的驱动模块4由分离式电源1、超声波电机驱动控制器2以及超声波电机3构成；所述的驱动模块内的分离式电源1对超声波电机3独立供电；所述的驱动模块内的超声波电机驱动控制器2负责对驱动模块内的超声波电机3进行相应控制，驱动模块内的超声波电机驱动控制器2和驱动模块内的超声波电机3之间有控制信号的连接点，超声波电机驱动控制器2受机器人主控制器的控制；在所述的驱动模块内的超声波电机3上安装定位孔，在电机输出轴和机器人相关的运动机构之间安装固定连接装置。图2为分离式电源的组成示意图。分离式电源由N(N彡2)个相互独立的供电电源(如电池组)组成，各供电电源之间不串联也不并联，但可以共地。每个供电模块仅为一个驱动机构内的控制电路与电机供电，其输出值取决于该驱动机构。每个供电电源与其所供电的控制器和电机共同组成一个独立电路回路。由于每个驱动模块各有其独立的电源， 因而各驱动模块内的电流相对较小，使得整个机器人系统中的最大电流不是系统中所有耗电单元的电流总和，而是某一驱动模块内的最大电流。这一点相对于传统单一电源供电的系统而言有本质的区别单一电源供电的总电流大小是所有耗电单元的电流总和，使得电路中的电流过大。而现有的机器人供电系统大多是单一供电方式，因此单一电源的供电方式不适合工作在易燃易爆等环境中，所以采用分离式电源供电的方式可以使机器人安全可靠地工作在危险的环境中。分离式电源1在结构上具有相互分离，互不影响，其组成如图2 所示，分别由几个不同且相互独立的电源组成。驱动组合机构的电源可以是不同型号、不同类型的电源，只要能够满足驱动要求即可。图3为本发明超声波电机控制器的结构示意图。超声波电机控制器带有温度传感，对于超过容许的温度，超声波电机控制器便发出信息给主控制器，主控制器进而采取相应的动作，这样使机器人可以很好地适应各种环境。 由于本发明针对的是工作环境是多样的，因此对于超声波电机3的选型应根据机器人的特点和环境要求而定。独立供电驱动模块4在结构上是相同的，它们都和机器人的主控系统相联，并受主控系统的控制而相互协作共同完成对机器人的驱动或行走，但它们相互之间并没有直接连接的关系。分离式供电装置1可以组装在一起，也可以根据机器人自身机构的特点分散布置，总之对于分离式供电装置的布置，可根据机器人自身机构空间灵活安排。每个独立供电驱动模块4中的分离式供电装置1负责对应的超声波电机控制器进行供电，每个独立供电驱动模块4中的超声波电机控制器2安排的位置尽量接近于超声波电机3。每个独立供电驱动模块4中的超声波电机3要接在超声波电机控制器2上，超声波电机3输出的端接有各式各样的运动机构。以上所述的是本发明的一种实现原理，并不限制于具体的类型，凡使用本原理或在本原理的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种驱动组合机构，用于为机器人提供驱动功能，其特征在于 所述驱动组合机构由两个或两个以上的供电独立的驱动模块(4)组成；所述的驱动模块(4)由分离式电源(1)、超声波电机驱动控制器(2)以及超声波电机 (3)构成，所述的驱动模块(4)内的分离式电源(1)对超声波电机(3)独立供电；所述的驱动模块内的超声波电机驱动控制器(2 )负责对驱动模块内的超声波电机(3 ) 进行驱动控制，驱动模块内的超声波电机驱动控制器(2)和驱动模块内的超声波电机(3) 之间有控制信号的连接点，超声波电机驱动控制器(2)受机器人主控制器的控制；在所述的驱动模块内的超声波电机(3)上安装定位孔，在超声波电机(3)电机输出轴和机器人相关运动机构之间安装固定连接装置。
2.根据权利要求1所述的一种驱动组合机构，其特征在于驱动组合机构使用分离式电源(1)对多个超声波电机(3)进行分离式供电，即每个驱动模块由本驱动模块的分离式电源(1)对本驱动模块的超声波电机(3)进行独立供电。
3.根据权利要求1所述的一种驱动组合机构，其特征在于超声波电机驱动控制器具有温度检测电路，能对整个驱动组合机构的温度进行检测。
全文摘要
本发明公开了一种驱动组合机构，该驱动组合机构由两个或两个以上独立供电的驱动模块组成，独立驱动模块由分离式电源、超声波电机驱动控制器以及超声波电机组成；所述的独立驱动模块中的超声波电机控制器输出端连接超声波电机；超声波电机控制器输入端连接分离式电源；超声波电机输出端可连接各种运动机构。三个模块之间通过相互作用来共同完成对机器人的单个运动机构进行驱动，而两个或两个以上的驱动模块协调工作来完成机器人的运动。本发明的驱动组合机构具有安全可靠的控制信号、控制精度高、力矩大、无大电感、无减速器、可对运动机构进行直接驱动的特点。
文档编号G05B19/04GK102331724SQ20111014766
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者万婷, 何新强, 李君科, 王宇俊, 谭兴军 申请人:西南大学