RU188814U1 - Humanoid robot foot actuator - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к актуаторам конечностей роботов-гуманоидов.Устройство содержит две пары шкивов с гладкими канавками, которые непосредственно интегрированы в ногу робота, первая из которых приводит в движение бедро робота, а вторая – коленный сустав, при этом движение шкивам передается от, по меньше мере, одной пары шарико-винтовой передачи и, по меньшей мере, двух вентильных двигателей через канаты, которые выполнены из сверхпрочного и сверхлегкого материала и закреплены на внутренней части шкивов металлическими скобами.Полезная модель обеспечивает уменьшение габаритных размеров и массы робота-гуманоида, а также повышение технологичности соответствующего узла конструкции.The invention relates to the field of engineering, in particular, to the actuators of the extremities of humanoid robots. The device contains two pairs of pulleys with smooth grooves that are directly integrated into the leg of the robot, the first of which drives the hip of the robot, and the second - the knee joint, while the pulleys are transmitted from at least one pair of ball screw and at least two valve motors through ropes that are made of ultra-strong and ultra-light material and fixed to the inner part ti metal pulleys skobami.Poleznaya model provides a reduction in overall size and weight of a humanoid robot, as well as improving manufacturability design corresponding node.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к актуаторам конечностей роботов-гуманоидов.The invention relates to the field of engineering, in particular to the actuators of the limbs of humanoid robots.

Использование роботов является перспективной практикой в различных отраслях, перманентно увеличивается количество исследований и разработок роботов-гуманоидов. Такие конструкции включают в себя различные устройства для приведения в действие соединений, движущихся в разных направлениях. Важным элементом конструкции роботов-гуманоидов являются механизмы, приводящие их конечности в движение. Для решения подобных задач применяются различные актуаторы.The use of robots is a promising practice in various industries, the number of research and development of humanoid robots is constantly increasing. Such designs include various devices for actuating compounds moving in different directions. An important element in the construction of humanoid robots are the mechanisms that set their limbs in motion. To solve such problems, various actuators are used.

Известным является актуатор робота-гуманоида [Pat. KR20110030889, IPC B25J 15/10; B25J 19/00; F16H 25/22. Actuator for robot and humanoid robot comprising thereof / Park Kang Min, Lee Ja Woo, Kim Yong Jae; applicant Samsung Electronics Co Ltd. - Appl. No. KR20090088541; applied 18.09.2009; pub. date 24.03.2011], содержащий винтовую часть и гайку. Винтовая часть соединяется с источником вращения. Гайка соединяется с частью шарикового винта. Направляющий элемент параллелен части шарового винта. Скользящий элемент поддерживается направляющим элементом, соединительный элемент соединяет ползун и гайку. Соединительный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно, по меньшей мере, одной части гайки и ползуна. Соединительный элемент включает в себя первую часть, соединенную с ползуном, и вторую часть, проходящую на одну сторону первой части и соединенную с частью гайки. Скользящий элемент может включать в себя первый вал и второй вал, причем первый вал вращается относительно ползуна или гайки. Вал снабжен цилиндрическим поворотным штифтом. Канавка для приема вала образована симметричной V-образной боковиной, так что вал стержня может быть шарнирно соединен. Актуатор включает в себя источник вращения, скользящий элемент, перемещающийся вдоль направляющего элемента, и ползун.Known is the actuator of the humanoid robot [Pat. KR20110030889, IPC B25J 15/10; B25J 19/00; F16H 25/22. Park Kang Min, Lee Ja Woo, Kim Yong Jae; applicant Samsung Electronics Co Ltd. - Appl. No. KR20090088541; applied 09.18.2009; pub. date 24.03.2011], containing a screw part and a nut. The screw part is connected to the source of rotation. The nut is connected to a part of the ball screw. The guide element is parallel to the part of the ball screw. The sliding element is supported by the guide element, the connecting element connects the slide and the nut. The connecting element is adapted to move relative to at least one part of the nut and slide. The connecting element includes a first part connected to the slider and a second part extending to one side of the first part and connected to a part of the nut. The sliding element may include a first shaft and a second shaft, with the first shaft rotating relative to a slider or nut. The shaft is provided with a cylindrical swivel pin. The shaft receiving groove is formed by a symmetrical V-shaped sidewall, so that the shaft of the rod can be pivotally connected. The actuator includes a source of rotation, a sliding element moving along the guide element, and a slide.

Данная конструкция имеет большие габариты и массу металлических соединений, что приводит к увеличению энергопотребления данного робота.This design has large dimensions and weight of metal joints, which leads to an increase in energy consumption of this robot.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство [Pat. JP2011185328, IPC B25J 19/00; F16H 21/40; F16H 25/20; Н02K 7/06; B25J 5/00. Linear actuator, and robot provided with the same / Takenaka Kenji, Ichihashi Satoshi; applicant Honda Motor Co Ltd. - Appl. No. JP20100049307; applied 05.03.2010; pub. date 22.09.2011], включающее линейный актуатор, содержащий гайку, неподвижно соединенную с полым внутренним ротором полого электродвигателя, линейный выходной вал, имеющий периферийную поверхность, образованную с винтовой канавкой, ввинченной в гайку через шар, удерживаемый гайкой, и вставленный через сквозное отверстие, образованное в полом внутреннем роторе, пару угловых подшипников, установленных отдельно друг от друга в осевом направлении гайки, наружную манжету, расположенную между внешними кольцами угловых подшипников. Гайка функционирует как внутренний хомут, расположенный между внутренними кольцами угловых подшипников.The closest to the claimed utility model is the device [Pat. JP2011185328, IPC B25J 19/00; F16H 21/40; F16H 25/20; H02K 7/06; B25J 5/00. Takenaka Kenji, Ichihashi Satoshi; applicant Honda Motor Co Ltd. - Appl. No. JP20100049307; applied 03/05/2010; pub. date 09/22/2011], including a linear actuator containing a nut fixedly connected to a hollow internal rotor of a hollow electric motor, a linear output shaft having a peripheral surface formed with a helical groove screwed into the nut through a ball held by a nut and inserted through a through hole, formed in the hollow inner rotor, a pair of angular bearings mounted separately from each other in the axial direction of the nut, outer cuff located between the outer rings of angular bearings. The nut functions as an inner yoke located between the inner rings of the angular bearings.

Данная конструкция обеспечивает относительно малый момент, что требует применение двигателей большей мощности. Также, в связи с тем, что актуатор находится вне конечности робота, это увеличивает его габариты. Кроме того, специфическая конструкция предусматривает использование соответствующего нестандартного двигателя, встраиваемого в данный актуатор.This design provides a relatively small moment, which requires the use of engines of greater power. Also, due to the fact that the actuator is located outside the limb of the robot, this increases its dimensions. In addition, the specific design involves the use of an appropriate non-standard engine embedded in the actuator.

Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи уменьшения габаритных размеров робота-гуманоида.The claimed utility model is aimed at solving the problem of reducing the overall dimensions of the humanoid robot.

Решение этих задач обуславливается совокупностью следующих существенных признаков. Актуатор ноги робота-гуманоида содержит шарико-винтовые передачи, приводимые в движение с использованием вентильных двигателей. Устройство содержит две пары шкивов с гладкими канавками, которые выполнены с возможностью интегрирования непосредственно в ногу робота, первая из которых приводит в движение бедро робота, а вторая - коленный сустав, при этом движение шкивам передается от, по меньше мере, одной пары шарико-винтовой передачи и, по меньшей мере, двух вентильных двигателей через канаты, которые выполнены из сверхпрочного и сверхлегкого материала и закреплены на внутренней части шкивов металлическими скобами.The solution of these problems is determined by the combination of the following essential features. The humanoid robot leg actuator contains ball screws driven by valve motors. The device contains two pairs of pulleys with smooth grooves, which are designed to integrate directly into the leg of the robot, the first of which drives the hip of the robot, and the second - the knee joint, while the movement of the pulleys is transmitted from at least one ball-screw pair transmissions and at least two valve motors through the ropes, which are made of ultra-strong and ultra-light material and fixed to the inside of the pulleys with metal brackets.

Сущность полезной модели объясняется изображением (фиг.), на котором представлен общий вид актуатора ноги робота-гуманоида.The essence of the utility model is explained by the image (Fig.), Which presents a general view of the actuator of the humanoid robot leg.

На фиг. представлены следующие позиции: шарико-винтовая передача, 1, вентильный двигатель, 2, шкив, 3, канат из сверхпрочного и сверхлегкого материала, 4, скоба для закрепления каната, 5.FIG. The following positions are presented: ball screw, 1, valve engine, 2, pulley, 3, rope from ultrastrong and ultralight material, 4, bracket for fastening the rope, 5.

Таким образом, конструкция, обеспечивающая установку данного устройства в ноге робота-гуманоида, обеспечивает уменьшение его габаритных размеров в сравнении с прототипом.Thus, the design, ensuring the installation of this device in the foot of the humanoid robot, provides a reduction in its overall dimensions in comparison with the prototype.

Для обеспечения функционирования представленного технического решения с уменьшенными габаритами в качестве канатов предпочтительным является использование кевларовых материалов илиTo ensure the functioning of the presented technical solution with reduced dimensions as ropes, it is preferable to use Kevlar materials or

сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности. Данное конструктивное решение обеспечивает сохранение надежности работы в сравнении с прототипом, в котором в основном используются металлические соединения, что обусловлено возможностью реализации такого решения с отдельно расположенным актуатором, то есть отсутствии элементов конструкции ноги, которые могут создавать дополнительное трение. При этом, крепление канатов на специальных скобах, выполненных на внутренней части гладких шкивов, обеспечивает исключение необходимости рельефного выполнения канатов или канавок шкивов в целях увеличения трения, что могло бы приводить к механическим повреждениям данных материалов, при сохранении габаритных размеров в сравнении с, например, расположением подобных скоб на внешней части гладких шкивов.ultrahigh molecular weight polyethylene of high density. This constructive solution ensures the preservation of reliability of work in comparison with the prototype, which mainly uses metal joints, which is due to the possibility of implementing such a solution with a separate actuator, that is, the absence of leg construction elements that can create additional friction. At the same time, fastening the ropes on special brackets made on the inside of smooth pulleys, eliminates the need for embossing the performance of ropes or pulley grooves in order to increase friction, which could lead to mechanical damage of these materials, while maintaining overall dimensions in comparison with, for example the arrangement of such clips on the outer part of smooth pulleys.

Предпочтительным является использование двигателей типа BLDC, обеспечивающих высокую пиковую мощность и надежность при относительной простоте конструкции. При этом конструкция может включать в себя двигатели различной конфигурации.It is preferable to use BLDC type engines, which provide high peak power and reliability with relative simplicity of design. The design may include engines of various configurations.

Claims (1)

Актуатор ноги робота-гуманоида, содержащий шарико-винтовые передачи, приводимые в движение с использованием вентильных двигателей, отличающийся тем, что он содержит две пары шкивов с гладкими канавками, которые выполнены с возможностью интегрирования непосредственно в ногу робота, первая из которых выполнена с возможностью приведения в движение бедра робота, а вторая - коленного сустава, при этом шкивы выполнены с возможностью приведения их в движение от шарико-винтовых передач и двух вентильных двигателей через канаты, которые выполнены из сверхпрочного и сверхлегкого материала и закреплены на внутренней части шкивов металлическими скобами.A humanoid robot leg actuator containing ball-screw gears driven using valve motors, characterized in that it contains two pairs of pulleys with smooth grooves that are designed to be integrated directly into the leg of the robot, the first of which is designed to bring the movement of the thighs of the robot, and the second - of the knee joint, while the pulleys are made with the ability to bring them in motion from ball-screw gears and two valve engines through the ropes, which are They are made of ultra strong and ultra light material and are fixed on the inside of the pulleys with metal clips.

Images