CN108291618A - 2个自由度的驱动机构 - Google Patents

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Abstract

驱动机构(1)的动力传递构件在基部(3)的两侧具有连杆机构(10)。连杆机构(10)具有：第1连杆部件(11)，具有能够绕第3旋转轴线(A3)旋转地设置在基部(3)的基端部；第2连杆部件(12)，具有能够绕第4旋转轴线(A4)旋转地连结于第1连杆部件(11)的前端部的基端部；及第3连杆部件(13)，能够绕第5旋转轴线(A5)旋转地设置在被驱动体(2)，且能够绕与第5旋转轴线(A5)正交的第6旋转轴线(A6)旋转地设置着第2连杆部件(12)的前端部。能够抑制安装着被驱动体的构造体的挠曲并且以小型的构成确保被驱动体的2个自由度的所期望的动作角度范围。

Description

2个自由度的驱动机构
技术领域
本发明涉及一种用于对被驱动体传递动力而以2个自由度的动作驱动的驱动机构，尤其涉及一种可应用于机器人的关节构造的驱动机构。
背景技术
以往，在具有关节构造的机器人中，为了使关节部在所期望的角度范围内动作，采用各种驱动机构。
例如在仿人型机器人中，设置着用于使踝关节等关节部动作的驱动机构。此处，仿人型机器人的关节部必须实现绕在前后方向延伸的旋转轴线的倾动动作(侧倾动作)、及绕在左右方向延伸的旋转轴线的倾动动作(俯仰动作)的两个动作。
而且，为了利用机器人实现双腿步行，必须使关节部以相对较大的角度范围活动，为了实现这个，尝试应用行星齿轮增速机构等。
发明内容
[发明要解决的问题]
然而，如果想要使用行星齿轮增速机构以2个自由度确保关节部中的较大的动作角度范围，那么尤其俯仰方向的挠曲会变大，另外，为了确保所需的关节转矩而需要较大的齿轮。
此外，不限于仿人型机器人的驱动机构，在其他种类的机器人的驱动机构或机器人以外的驱动机构中，也有想要以相对较大的角度范围实现被驱动体中的2个自由度的动作的情况。
本发明是鉴于所述现有技术的问题点而完成的，目的在于提供一种驱动机构，能够抑制安装着被驱动体的构造体的挠曲，并且能够以小型的构成确保被驱动体中的2个自由度的所期望的动作角度范围。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述课题，本发明的第1形态是一种驱动机构，其特征在于用于对被驱动体传递动力而以2个自由度的动作驱动，且具备：基部，具有中心轴线；万向接头，用于将所述被驱动体能够倾动地连结于所述基部；及动力传递构件，用于对所述被驱动体传递所述动力；所述万向接头具有与所述中心轴线正交的第1旋转轴线、及与所述第1旋转轴线正交且能够绕所述第1旋转轴线倾动的第2旋转轴线，所述被驱动体以能够绕所述第2旋转轴线旋转的方式设置在所述万向接头，所述动力传递构件具有关于包含所述中心轴线及所述第1旋转轴线的第1假想平面而配置在两侧的一对连杆机构，所述一对连杆机构分别具有：第1连杆部件，具有能够绕与所述第1假想平面垂直的第3旋转轴线旋转地设置在所述基部的基端部；第2连杆部件，具有能够绕与所述第3旋转轴线平行的第4旋转轴线旋转地连结于所述第1连杆部件的前端部的基端部；及第3连杆部件，能够绕位于与所述第2旋转轴线垂直的第2假想平面内的第5旋转轴线旋转地设置在所述被驱动体，且能够绕与所述第5旋转轴线正交的第6旋转轴线旋转地设置着所述第2连杆部件的前端部。
根据第1形态，本发明的第2形态的特征在于：所述第1连杆部件的所述前端部与所述第2连杆部件的所述基端部通过球状接头而连结。
根据第1或第2形态，本发明的第3形态的特征在于：所述第2连杆部件的所述前端部与所述第3连杆部件通过球状接头而连结。
根据第1至第3中的任一形态，本发明的第4形态的特征在于：还具有用于产生所述动力的动力产生构件，且所述动力产生构件具有关于所述第1假想平面而配置在两侧的一对驱动源。
根据第4形态，本发明的第5形态的特征在于：所述一对驱动源具有一对缸，且所述一对缸各自的杆的前端连结于所述第1连杆部件。
根据第5形态，本发明的第6形态的特征在于：所述一对缸能够绕与所述第1假想平面垂直的第7旋转轴线旋转地设置在所述基部。
根据第5或第6形态，本发明的第7形态的特征在于：所述缸是具有螺杆、及螺固于所述螺杆的螺母的电动缸，且所述动力产生构件以如下方式构成，即，通过旋转驱动所述螺杆而进退驱动所述螺母，从而产生所述动力。
根据第1至第7中的任一形态，本发明的第8形态的特征在于：所述第3旋转轴线和所述第4旋转轴线的距离与所述第2旋转轴线和处于与所述第2旋转轴线平行的状态时的所述第6旋转轴线的距离不同。
[发明效果]
根据本发明，可提供一种驱动机构，能够抑制安装着被驱动体的构造体的挠曲，并且能够以小型的构成确保被驱动体中的2个自由度的所期望的动作角度范围。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的驱动机构的立体图。
图2是表示图1所示的驱动机构的另一立体图。
图3是表示图1所示的驱动机构的另一立体图。
图4是表示图1所示的驱动机构的另一立体图。
图5是表示图1所示的驱动机构的另一立体图。
图6是表示图1所示的驱动机构的另一立体图。
图7是表示图1所示的驱动机构的另一立体图。
图8是表示驱动机构的比较例的立体图。
图9是表示图8所示的驱动机构的另一立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一实施方式的驱动机构进行说明。此外，本实施方式的驱动机构尤其适合于仿人型机器人的关节部(例如踝关节)中的驱动机构。
但是，本发明的驱动机构并不限于对仿人型机器人的关节部的应用，可广泛应用于必须进行至少2个自由度的动作的被驱动体中的驱动机构。
图1所示的本实施方式的驱动机构1用于在被驱动体2中实现2个自由度的动作。被驱动体2例如是仿人型机器人的踝关节的构成要素，当步行时进行至少2个自由度的动作。
驱动机构1具备具有长度方向的中心轴线A0的细长的框架部件(基部)3。在框架部件3的下端部设置着万向接头4，利用该万向接头4将被驱动体2能够倾动地连结于框架部件3。
万向接头4具有与中心轴线A0正交的第1旋转轴线A1、及与第1旋转轴线A1正交且能够绕第1旋转轴线A1倾动的第2旋转轴线A2。
万向接头4具备沿着第1旋转轴线A1延伸的第1轴部件5、及沿着第2旋转轴线A2延伸的第2轴部件6。第1轴部件5由设置在框架部件3的下端部的前后的安装部件7支撑。第2轴部件6由设置在第1轴部件5的中央部的块状片8支撑。
被驱动体2具有左右一对凸缘部9，以被驱动体2能够绕第2旋转轴线A2旋转的方式，将凸缘部9支撑在万向接头4的第2轴部件6。
如上所述，通过经由万向接头4在框架部件3的下端设置被驱动体2，而被驱动体2可进行绕第1旋转轴线A1的倾动动作(侧倾动作)、及绕第2旋转轴线A2的倾动动作(俯仰动作)。
本实施方式的驱动机构1还具备一对连杆机构10作为用于对被驱动体2传递动力的动力传递构件。一对连杆机构10相对包含中心轴线A0及第1旋转轴线A1的第1假想平面而配置在两侧。一对连杆机构10分别具有第1连杆部件11、第2连杆部件12、及第3连杆部件13。
第1连杆部件11具有能够绕与第1假想平面垂直的第3旋转轴线A3旋转地设置在框架部件3的左右侧面的基端部。
第2连杆部件12具有能够绕与第3旋转轴线A3平行的第4旋转轴线A4旋转地连结于第1连杆部件11的前端部的基端部。
第3连杆部件13能够绕位于与第2旋转轴线A2垂直的第2假想平面内的第5旋转轴线A5旋转地设置在被驱动体2的凸缘部9。第2连杆部件12的前端部能够绕与第5旋转轴线A5正交的第6旋转轴线A6旋转地连结于第3连杆部件13。
第1连杆部件11的前端部与第2连杆部件12的所述基端部通过球状接头而连结。另外，第2连杆部件12的前端部与第3连杆部件13通过球状接头而连结。
在驱动机构1的框架部件3的左右两侧，相对第1假想平面对称设置着作为动力产生构件的一对电动缸(驱动源)14。电动缸14的基端部能够绕与第2旋转轴线A2平行的第7旋转轴线A7旋转地连结于设置在框架部件13的块状部件15。
一对电动缸14各自的杆16的前端能够绕第4旋转轴线A4旋转地连结于第1连杆部件11的前端部。
一对电动缸14分别具备可相互独立地驱动的伺服电机17。电动缸14内置着滚珠丝杠机构，伺服电机17的动力经由传送带18传递至滚珠丝杠机构。
图2至图7所示的驱动机构1将电动缸14的杆利用多个细长部件构成，其他构造与图1所示的驱动机构1相同。此外，在图3、图5、及图6中，以能看见电动缸14的内部构造的方式，将缸主体的一部分切除而表示。
如图3、图5、及图6所示，在本实施方式的驱动机构1中，以如下方式构成：通过旋转驱动电动缸14的螺杆19，而螺固于螺杆19的螺母20沿着螺杆19被进退驱动。此外，在螺母20连结着杆16的基端部，杆16与螺母20一体地被进退驱动。
通过像这样构成为旋转驱动螺杆19而进退驱动螺母20，与旋转驱动螺母而进退驱动螺杆的构成相比，获得如下所述的各种优点。
第一，与旋转驱动螺母而进退驱动螺杆的情况相比，机械效率变高。第二，与旋转驱动螺母而进退驱动螺杆的情况相比，容易形成要驱动的构造。第三，如果旋转驱动螺母，那么螺杆经由螺母而向前后进出，因此，产生死空间，空间系数变差。
如图1及图2至图7所示，通过相互独立地变更左右的电动缸14的杆16的伸缩量，可使被驱动体2进行侧倾动作与俯仰动作。
如上所述，在本实施方式的驱动机构1中，并未使用行星齿轮增速机构，而是将安装在框架部件3的一对电动缸14的动力利用一对连杆机构10传递至被驱动体2，因此，不会像使用行星齿轮增速机构的情况那样产生较大的挠曲，且可在被驱动体2中确保所期望的动作角度范围。
另外，在驱动机构1中，第3旋转轴线A3与第4旋转轴线A4的距离设定为比第2旋转轴线A2和处于与第2旋转轴线A2平行的状态时的第6旋转轴线A6的距离长。由此，可确保伸缩驱动电动缸14的杆16而使被驱动体2进行倾动动作时的增速比。结果，电动缸14中所需的行程变短，能够谋求缩短电动缸14的尺寸。
图8及图9表示作为比较例的驱动机构100，在该例中，省略了第1连杆部件11及第2连杆部件12，电动缸14的杆16直接连结于第3连杆部件13。此外，在图8及图9中，以能看见电动缸14的内部构造的方式，将缸主体的一部分切除而表示。
根据图8及图9可知，在该作为比较例的驱动机构100中，如果为了使被驱动体2进行倾动动作(侧倾动作及俯仰动作)而使电动缸14的杆16伸缩，那么伴随于此，电动缸14整体向左右方向摆动。
因此，无法在电动缸14的左右方向的摆动动作的范围内配置机器人的构成部件，例如用于提高机器人的强度的部件、或用于覆盖内部构造的盖部件的配置较困难。
与此相对，在本实施方式的驱动机构1中，如图1至图7所示，即便为了使被驱动体2进行倾动动作(侧倾动作及俯仰动作)而使电动缸14的杆16伸缩，电动缸14也不会向左右方向摆动，而仅在与包含框架部件3的中心轴线A0与第1旋转轴线A1的第1假想平面平行的方向上摆动。
因此，用于提高机器人的强度的部件、或用于覆盖内部构造的盖部件的配置的自由度大幅度提高。另外，如上所述，也能够谋求缩短电动缸14的尺寸，因此，由此，也能够提高机器人的构成要素的配置的自由度。
此外，在所述实施方式中，为了扩大被驱动体2的可倾动范围，而在第2连杆部件12的两端设置球轴承，但也可以仅在第2连杆部件12的一个端部设置球轴承。
另外，在所述实施方式中，使用由伺服电机17驱动的电动缸14作为驱动源，但本发明的驱动机构中的驱动源(动力产生构件)并不限于此，只要为能够控制第1连杆部件11绕第3旋转轴线A3的旋转角度的构件即可。
[符号的说明]
1 驱动机构
2 被驱动体
3 框架部件(基部)
4 万向接头
5 第1轴部件
6 第2轴部件
7 安装部件
8 块状片
9 凸缘部
10 连杆机构(动力传递构件)
11 第1连杆部件
12 第2连杆部件
13 第3连杆部件
14 电动缸
15 块状部件
16 电动缸的杆
17 伺服电机
18 传送带
19 电动缸的螺杆
20 电动缸的螺母
A0 基部的中心轴线
A1 第1旋转轴线
A2 第2旋转轴线
A3 第3旋转轴线
A4 第4旋转轴线
A5 第5旋转轴线
A6 第6旋转轴线
A7 第7旋转轴线

Claims (8)

1.一种驱动机构，用于对被驱动体传递动力而以2个自由度的动作驱动，具备：
基部，具有中心轴线；
万向接头，用于将所述被驱动体能够倾动地连结于所述基部；及
动力传递构件，用于对所述被驱动体传递所述动力；
所述万向接头具有与所述中心轴线正交的第1旋转轴线、及与所述第1旋转轴线正交且能够绕所述第1旋转轴线倾动的第2旋转轴线，
所述被驱动体以能够绕所述第2旋转轴线旋转的方式设置在所述万向接头，
所述动力传递构件具有关于包含所述中心轴线及所述第1旋转轴线的第1假想平面而配置在两侧的一对连杆机构，且
所述一对连杆机构分别具有：第1连杆部件，具有能够绕与所述第1假想平面垂直的第3旋转轴线旋转地设置在所述基部的基端部；第2连杆部件，具有能够绕与所述第3旋转轴线平行的第4旋转轴线旋转地连结于所述第1连杆部件的前端部的基端部；及第3连杆部件，能够绕位于与所述第2旋转轴线垂直的第2假想平面内的第5旋转轴线旋转地设置在所述被驱动体，且能够绕与所述第5旋转轴线正交的第6旋转轴线旋转地设置着所述第2连杆部件的前端部。
2.根据权利要求1所述的驱动机构，其中所述第1连杆部件的所述前端部与所述第2连杆部件的所述基端部通过球状接头而连结。
3.根据权利要求1或2所述的驱动机构，其中所述第2连杆部件的所述前端部与所述第3连杆部件通过球状接头而连结。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动机构，还具有用于产生所述动力的动力产生构件，且
所述动力产生构件具有关于所述第1假想平面而配置在两侧的一对驱动源。
5.根据权利要求4所述的驱动机构，其中所述一对驱动源具有一对缸，且
所述一对缸各自的杆的前端连结于所述第1连杆部件。
6.根据权利要求5所述的驱动机构，其中所述一对缸能够绕与所述第1假想平面垂直的第7旋转轴线旋转地设置在所述基部。
7.根据权利要求5或6所述的驱动机构，其中所述缸是具有螺杆、及螺固于所述螺杆的螺母的电动缸，且
所述动力产生构件以如下方式构成，即，通过旋转驱动所述螺杆而进退驱动所述螺母，从而产生所述动力。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的驱动机构，其中所述第3旋转轴线和所述第4旋转轴线的距离与所述第2旋转轴线和处于与所述第2旋转轴线平行的状态时的所述第6旋转轴线的距离不同。
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