[发明专利]并联式集成驱动装置

说明书

本发明提出一种并联式集成驱动装置，包括：驱动单元，其包括第一电动机、第二电动机、第三电动机和第四电动机；第一轴、第二轴和第三轴，通过中空结构彼此插入并形成同轴，各轴能够在插入状态下相对于彼此旋转，并且各轴设有延伸到驱动单元外侧的一端部；末端部，其设置在驱动单元的外部，并且其上安装有操作机构；第一连杆部、第二连杆部和第三连杆部，其使末端部沿俯仰、横摆和滚转方向旋转；以及万向连杆部，其将作为第四电动机的转子的第四转子与末端部连接。

技术领域

本发明涉及一种四自由度并联式集成驱动装置，其用于机器人等的关节中以实现四个自由度。

背景技术

可以根据设计方法及其分析，将应用于机器人等的关节的机械构造的旋转装置分为串联式和并联式，并且可以根据每种类型的特征来测量旋转装置的性能。串联式适用于较大的工作空间，其设计及其分析相对容易，因而得到了广泛的应用。

然而，由于串联式结构因驱动装置关节误差的累积而使精度降低，并且在该结构的末端处无法提供较大的动力，因此近来研究了具有并联式结构的装置以解决该问题。并联式结构具有高刚性，由于驱动装置能够被放置在基部上的设计而具有低惯性，具有高精度，并且使驱动装置能够在其末端产生很大的动力，从而使旋转装置具有良好的性能。然而，并联式结构具有许多难以控制的独特特征，工作空间小且难以分析。因此，为了解决该问题并提高性能，添加了冗余的连杆结构，添加了过驱动或者进行了串并联组合式设计。

这种并联式结构存在一定的问题，关注旋转运动而衍生出的结构之一是球形并联结构，其中球形并联结构中所有关节的旋转轴与其中的固定点重合，并进行纯粹的点-中心旋转运动。但是，由于基于球形并联结构远端的台式设备，无法识别机器人的特定关节运动且无法提供位置和运动感，因而对于特定的关节运动不直观。

而外骨骼类型的结构可以通过人体关节的运动直观地控制。然而，由于设计约束高，并且当关节轴不一致时可能导致运动不协调，因此旋转装置的关节轴的布置是旋转装置的重要设计考虑因素。

上述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并不意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围。

相关技术的示例可以参考韩国专利第10-1693246B1号。

发明内容

技术问题

提出本发明以解决这种问题，并且提供一种并联式集成驱动装置，其能够：减小整个结构的体积，同时最大程度地减少关节的干扰，使运动部件具有低惯性，并且直观地实现关节运动。

技术方案

为了实现本发明的目的，提供一种并联式集成驱动装置，包括：驱动单元，其由沿驱动单元的长度方向连续堆叠的第一电动机、第二电动机、第三电动机和第四电动机构成，并且各电动机均设有固定在驱动单元的外侧的定子和分别位于其内侧的转子，转子相对于彼此旋转；第一轴、第二轴和第三轴，其中各轴分别设有一端部，该一端部在各转子的内侧分别连接到作为第一电动机、第二电动机以及第三电动机的转子的第一转子、第二转子和第三转子，各轴通过中空结构彼此插入并形成同轴，各轴能够在插入状态下相对于彼此旋转，并且各轴设有朝驱动单元的外侧延伸的另一端部；末端部，其设置在驱动单元的外部，并且其上安装有操作机构；第一连杆部、第二连杆部和第三连杆部，各连杆部分别将第一轴、第二轴和第三轴连接到末端部，并将第一轴、第二轴和第三轴的旋转力传递到末端部，从而使末端部沿俯仰、横摆和滚转方向旋转；以及万向连杆部，其将作为第四电动机的转子的第四转子与末端部彼此连接。

第一电动机、第二电动机、第三电动机和第四电动机被堆叠成使得各自的转子的旋转轴重合。

第一电动机、第二电动机、第三电动机和第四电动机各自的定子和转子均具有相同的尺寸。

第一连杆部、第二连杆部和第三连杆部分别由多个连杆构成。

第二轴插入到第一轴的内侧，并且第三轴插入到第二轴的内侧。