本發(fā)明涉及一種基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，屬于機(jī)器人手部關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)驅(qū)動部分，大多采用電磁驅(qū)動或液壓驅(qū)動，這些技術(shù)在復(fù)雜性、響應(yīng)速度、定位精度和重量方面存在一定的限制。尤其在手部關(guān)節(jié)的細(xì)膩動作和高精度控制方面，傳統(tǒng)驅(qū)動方式難以滿足人形機(jī)器人的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)。本發(fā)明在實現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)的同時，能夠提供高精度和快速響應(yīng)的手部動作控制。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，包括手部殼體，手部殼體的下端連接有壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述手部殼體上設(shè)有多個手指關(guān)節(jié)單元，手指關(guān)節(jié)單元中設(shè)置有壓電直線電機(jī)；所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)內(nèi)置有第一壓電陶瓷、第一定子和轉(zhuǎn)子；所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過第一壓電陶瓷激發(fā)第一定子振動，利用第一定子和轉(zhuǎn)子之間的接觸摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以帶動機(jī)器人手部轉(zhuǎn)動；所述壓電直線電機(jī)中設(shè)置有第二壓電陶瓷和直線運動機(jī)構(gòu)；所述壓電直線電機(jī)通過第二壓電陶瓷激發(fā)耦合的彎振模態(tài)以產(chǎn)生摩擦力，通過摩擦力驅(qū)動直線運動機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線運動以帶動手指關(guān)節(jié)單元完成相應(yīng)動作。

3、上述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括下端蓋，下端蓋上設(shè)有第一圓槽，轉(zhuǎn)子設(shè)置在第一圓槽內(nèi)；所述轉(zhuǎn)子中心設(shè)有轉(zhuǎn)動柱；所述第一定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的上側(cè)；所述第一定子中心設(shè)有連接環(huán)；所述第一壓電陶瓷設(shè)置在第一定子的上側(cè)并與之貼合；所述第一壓電陶瓷中心具有第二圓槽；所述第一壓電陶瓷的上側(cè)設(shè)有上端蓋，上端蓋與下端蓋相連接；所述上端蓋上具有第三圓槽；所述轉(zhuǎn)動柱依次穿過連接環(huán)、第二圓槽、第三圓槽并與手部殼體固定連接。

4、前述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，所述下端蓋上設(shè)有多個螺紋孔；所述第一定子側(cè)部設(shè)有多個連接耳；所述上端蓋上設(shè)有多個連接孔，連接孔內(nèi)設(shè)有螺釘，螺釘穿過連接耳與螺紋孔相配合。

5、前述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，所述上端蓋上部設(shè)有凹槽，凹槽位于第三圓槽的上部；所述凹槽內(nèi)設(shè)有軸承。

6、前述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，所述手指關(guān)節(jié)單元包括用于和手部殼體連接固定的連接件，連接件上具有槽口，槽口內(nèi)設(shè)有壓電直線電機(jī)；所述連接件上設(shè)有位于壓電直線電機(jī)側(cè)部的壓電電機(jī)固定塊，壓電電機(jī)固定塊與壓電直線電機(jī)固定連接；所述直線運動機(jī)構(gòu)的外端連接有螺桿，螺桿的端部連接有滑塊；所述槽口內(nèi)設(shè)有位于壓電直線電機(jī)兩側(cè)的直線滑桿，直線滑桿與滑塊滑動連接；所述直線滑桿上設(shè)有彈簧，彈簧一端與滑塊固定連接，彈簧另一端與槽口的前端面固定連接。

7、前述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，所述連接件前端兩側(cè)分別設(shè)有呈l狀的第一關(guān)節(jié)輔助連桿，第一關(guān)節(jié)輔助連桿的外側(cè)設(shè)有呈三角狀的第二連桿，第一關(guān)節(jié)輔助連桿與第二連桿的中部鉸接；所述滑塊兩側(cè)分別鉸接有第一連桿，第一連桿的另一端與第二連桿的一端鉸接，兩個第二連桿的另一端之間鉸接有第一關(guān)節(jié)連桿；所述第一關(guān)節(jié)輔助連桿之間的折彎處鉸接有呈y狀的第二關(guān)節(jié)連桿，第二關(guān)節(jié)連桿的另一分叉端與第一關(guān)節(jié)連桿鉸接；所述第一關(guān)節(jié)輔助連桿的外側(cè)鉸接有第二關(guān)節(jié)輔助連桿，第二關(guān)節(jié)輔助連桿另一端之間鉸接有呈l狀的第三關(guān)節(jié)連桿；所述第二關(guān)節(jié)連桿的長端與第三關(guān)節(jié)連桿的折彎處鉸接；所述第三關(guān)節(jié)連桿的前端設(shè)有仿真手指頭。

8、前述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，所述壓電直線電機(jī)為中空型直線電機(jī)；所述直線運動機(jī)構(gòu)包括呈長方形狀的第二定子，第二定子的內(nèi)部中空且設(shè)有螺紋，螺紋與螺桿相配合。

9、前述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，所述第二壓電陶瓷的數(shù)量為4個，第二壓電陶瓷分布在第二定子的四周且貼合。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

11、1、本發(fā)明中，通過壓點直線電機(jī)控制手指關(guān)節(jié)單元模擬人手的曲張，通過壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)模擬人手腕部的彎曲；壓電直線電機(jī)相對于傳統(tǒng)電機(jī)，可以有更好的尺寸適應(yīng)性，可以在多個尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行制造，滿足全尺寸范圍的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)一體化的市場需求；并且通過單一驅(qū)動源可以實現(xiàn)手指關(guān)節(jié)的實際運動軌跡，有利于機(jī)器人手部的進(jìn)一步微型化，更容易滿足機(jī)器人手部的實際需求。由此，本發(fā)明實現(xiàn)了在實現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)的同時，能夠提供高精度和快速響應(yīng)的手部動作控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、效果顯著的優(yōu)點。

12、2、本發(fā)明中，壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，利用第一壓電陶瓷激發(fā)第一定子振動，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動柱依次穿過連接環(huán)、第二圓槽、第三圓槽并與手部殼體連接，利用第一定子和轉(zhuǎn)子之間的接觸摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)動柱進(jìn)行轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手部殼體的轉(zhuǎn)向，同時能夠提高第一定子的輸出扭矩。

13、3、本發(fā)明中，通過壓電直線電機(jī)控制螺桿的伸縮，使得螺桿端部的滑塊沿著直線滑桿移動，滑塊在移動的同時帶動第一連桿移動，第一連桿使得第二連桿繞著連接件進(jìn)行轉(zhuǎn)動，第二連桿的另一端使得第一關(guān)節(jié)連桿進(jìn)行移動，第一關(guān)節(jié)連桿使得第二關(guān)節(jié)連桿繞著第一關(guān)節(jié)輔助連桿轉(zhuǎn)動，第二關(guān)節(jié)連桿的另一端在第二關(guān)節(jié)輔助連桿的配合作用下，使得第三關(guān)節(jié)連桿轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)模擬人手的曲張。由此，本發(fā)明通過基于壓電直線電機(jī)的單一驅(qū)動源即可實現(xiàn)手指關(guān)節(jié)單元模擬人手的曲張，有利于機(jī)器人手部的進(jìn)一步微型化，更容易滿足機(jī)器人手部的實際需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：包括手部殼體(1)，手部殼體(1)的下端連接有壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)(2)，所述手部殼體(1)上設(shè)有多個手指關(guān)節(jié)單元(3)，手指關(guān)節(jié)單元(3)中設(shè)置有壓電直線電機(jī)(202)；所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)(2)內(nèi)設(shè)有第一壓電陶瓷(307)、第一定子(305)和轉(zhuǎn)子(303)；所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)(2)通過第一壓電陶瓷(307)激發(fā)第一定子(305)振動，利用第一定子(305)和轉(zhuǎn)子(303)之間的接觸摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子(303)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以帶動機(jī)器人手部轉(zhuǎn)動；所述壓電直線電機(jī)(202)中設(shè)置有多個第二壓電陶瓷(231)和直線運動機(jī)構(gòu)(232)；所述壓電直線電機(jī)(202)通過第二壓電陶瓷(231)激發(fā)耦合的彎振模態(tài)以產(chǎn)生摩擦力，通過摩擦力驅(qū)動直線運動機(jī)構(gòu)(232)進(jìn)行直線運動以帶動手指關(guān)節(jié)單元(3)完成相應(yīng)動作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)(2)包括下端蓋(301)，下端蓋(301)上設(shè)有第一圓槽(302)，轉(zhuǎn)子(303)設(shè)置在第一圓槽(302)內(nèi)；所述轉(zhuǎn)子(303)中心設(shè)有轉(zhuǎn)動柱(304)；所述第一定子(305)設(shè)置在轉(zhuǎn)子(303)的上側(cè)；所述第一定子(305)中心設(shè)有連接環(huán)(306)；所述第一壓電陶瓷(307)設(shè)置在第一定子(305)的上側(cè)并與之貼合；所述第一壓電陶瓷(307)中心具有第二圓槽(308)；所述第一壓電陶瓷的上側(cè)設(shè)有上端蓋(309)，上端蓋(309)與下端蓋(301)相連接；所述上端蓋(309)上具有第三圓槽(310)；所述轉(zhuǎn)動柱(304)依次穿過連接環(huán)(306)、第二圓槽(308)、第三圓槽(310)并與手部殼體(1)固定連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：所述下端蓋(301)上設(shè)有多個螺紋孔(313)；所述第一定子(305)側(cè)部設(shè)有多個連接耳(314)；所述上端蓋(309)上設(shè)有多個連接孔(315)，連接孔(315)內(nèi)設(shè)有螺釘(316)，螺釘(316)穿過連接耳(314)與螺紋孔(313)相配合。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：所述上端蓋(309)上部設(shè)有凹槽(311)，凹槽(311)位于第三圓槽(310)的上部；所述凹槽(311)內(nèi)設(shè)有軸承(312)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：所述手指關(guān)節(jié)單元(3)包括用于和手部殼體(1)連接固定的連接件(201)，連接件(201)上具有槽口(215)，壓電直線電機(jī)(202)設(shè)置在槽口(215)內(nèi)；所述連接件(201)上設(shè)有位于壓電直線電機(jī)(202)側(cè)部的壓電電機(jī)固定塊(203)，壓電電機(jī)固定塊(203)與壓電直線電機(jī)(202)固定連接；所述直線運動機(jī)構(gòu)(232)的外端連接有螺桿(204)，螺桿(204)的端部連接有滑塊(206)；所述槽口(215)內(nèi)設(shè)有位于壓電直線電機(jī)(202)兩側(cè)的直線滑桿(205)，直線滑桿(205)與滑塊(206)滑動連接；所述直線滑桿(205)上設(shè)有彈簧(207)，彈簧(207)一端與滑塊(206)固定連接，彈簧(207)另一端與槽口(215)的前端面固定連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：所述連接件(201)前端兩側(cè)分別設(shè)有呈l狀的第一關(guān)節(jié)輔助連桿(210)，第一關(guān)節(jié)輔助連桿(210)的外側(cè)設(shè)有呈三角狀的第二連桿(209)，第一關(guān)節(jié)輔助連桿(210)與第二連桿(209)的中部鉸接；所述滑塊(206)兩側(cè)分別鉸接有第一連桿(208)，第一連桿(208)的另一端與第二連桿(209)的一端鉸接，兩個第二連桿(209)的另一端之間鉸接有第一關(guān)節(jié)連桿(211)；所述第一關(guān)節(jié)輔助連桿(210)之間的折彎處鉸接有呈y狀的第二關(guān)節(jié)連桿(213)，第二關(guān)節(jié)連桿(213)的另一分叉端與第一關(guān)節(jié)連桿(211)鉸接；所述第一關(guān)節(jié)輔助連桿(210)的外側(cè)鉸接有第二關(guān)節(jié)輔助連桿(212)，第二關(guān)節(jié)輔助連桿(212)另一端之間鉸接有呈l狀的第三關(guān)節(jié)連桿(214)；所述第二關(guān)節(jié)連桿(213)的長端與第三關(guān)節(jié)連桿(214)的折彎處鉸接；所述第三關(guān)節(jié)連桿(214)的前端設(shè)有仿真手指頭(216)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：所述直線運動機(jī)構(gòu)(232)包括呈長方形狀的第二定子(233)，第二定子(233)的內(nèi)部中空且設(shè)有螺紋(234)，螺紋(234)與螺桿(204)相配合。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，其特征在于：所述第二壓電陶瓷(231)的數(shù)量為4個，第二壓電陶瓷(231)分布在第二定子(233)的四周且貼合。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于壓電驅(qū)動的機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，包括手部殼體，手部殼體的下端連接有壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述手部殼體上設(shè)有多個手指關(guān)節(jié)單元，手指關(guān)節(jié)單元中設(shè)置有壓電直線電機(jī)；所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)內(nèi)置有第一壓電陶瓷、第一定子和轉(zhuǎn)子；所述壓電旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過第一壓電陶瓷激發(fā)第一定子振動，利用第一定子和轉(zhuǎn)子之間的接觸摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以帶動機(jī)器人手部轉(zhuǎn)動；所述壓電直線電機(jī)中設(shè)置有第二壓電陶瓷和直線運動機(jī)構(gòu)；所述壓電直線電機(jī)通過第二壓電陶瓷激發(fā)耦合的彎振模態(tài)以產(chǎn)生摩擦力，通過摩擦力驅(qū)動直線運動機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線運動以帶動手指關(guān)節(jié)單元完成相應(yīng)動作。本發(fā)明在實現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)的同時，能夠提供高精度和快速響應(yīng)的手部動作控制。

技術(shù)研發(fā)人員：嚴(yán)藝帆,王樂,王欣,程煌濤,徐利蘋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30