CN205291000U - 一种机器人关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种机器人关节，位于机器人的第一臂和第二臂的连接处，所述机器人关节包括柔性驱动器、主动轮及从动轮；所述柔性驱动器包括主动转子、从动转子及转子保护罩，主动转子与从动转子相互嵌入式装配且相互之间设有转动间隙，转动间隙的敞口处设有密封件，主动转子、从动转子及密封件围成内部填充有磁流变液的密封腔体，转子保护罩上安装有用以改变密封腔体内磁场强度的电磁线圈；本实用新型提供了一种兼有主动柔性、被动柔性和传动刚性的机器人关节。

Description

一种机器人关节

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其是一种机器人关节。

背景技术

目前以减速机等刚性传动部件为基础的机械臂转动关节在刚性、精确度、稳定性等方面具有明显优势；以钢丝、齿轮等刚性传动部件为基础的机器人仿人灵巧手指关节同样在刚性、精确度和灵巧性等方面表现良好。科研工作者们为弥补刚性传动关节给机械臂和机器人仿人灵巧手带来的安全性的不足，做了大量的工作并取得了成功，其实现策略大体上都是采用末端力反馈并配合智能算法的方式，可称之为主动柔性。另一类研究成果如基于气动柔性驱动器的机器人仿人灵巧手，可通过调整气压来任意改变指关节的刚度，使之能充分保障被接触对象的安全及其本体安全，可称之为被动柔性，但是却带来了刚性不足的问题。现有的机器人关节无法同时兼顾主动柔性、被动柔性、刚性的需求，从而在本质安全性方面有一定欠缺。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种兼有主动柔性、被动柔性和传动刚性，且结构简单、高精度的机器人关节。

本实用新型通过以下技术方案实现的：

本实用新型提出一种机器人关节，位于机器人的第一臂和第二臂的连接处，所述关节包括柔性驱动器、主动轮及从动轮；所述柔性驱动器包括主动转子、从动转子及转子保护罩，所述第二臂内安装驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述主动转子，所述主动转子与所述从动转子相互嵌入式装配且相互之间设有转动间隙，所述转动间隙的敞口处设有密封件，所述主动转子、从动转子及密封件围成内部填充有磁流变液的密封腔体，所述从动转子和主动转子均设于转子保护罩内，所述转子保护罩上安装有用以改变密封腔体内磁场强度的电磁线圈；所述主动轮安装于所述从动转子的转轴上，所述从动轮带动第一臂转动，所述主动轮和从动轮相互啮合，所述主动轮上设有卡接件，所述主动轮通过卡接件滑动的套装在转轴的套筒内，所述转轴上设有弹性件，所述弹性件抵持于转轴及主动轮之间。

进一步的，所述主动轮和从动轮为斜齿轮。

进一步的，所述弹性件为弹簧。

进一步的，所述主动转子上开有供所述从动转子插装的安装腔，所述从动转子的插装段的截面呈齿形，所述安装腔的内壁开有与所述齿形匹配的齿形缺口，所述安装腔的开口与所述插装段之间设有所述密封件。

本实用新型的工作原理：磁流变液是一种在磁场环境中具有相变特性的智能材料，当磁场强度为零时表现为液态，当磁场强度足够大时转变为凝固态，相变过程可控、可逆、时间短。本实用新型的机器人关节以基于磁流变液的柔性驱动器为主要传动装置，并通过施加第一臂受力的反馈控制，使所述机器人关节在运动过程中能同时满足传动刚性、主动柔性与被动柔性的需求，适用于开发具有本质安全性的机械臂或机器人仿人灵巧手产品。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型通过施加第一臂受力的反馈控制，使得所述机器人关节兼有主动柔性、被动柔性和传动刚性，从而具有较高的安全性。

2.本实用新型利用安装在转轴上的弹性件抵住可活动的主动轮，使得主动轮能够与从动轮紧密啮合，这样就使得即使主动轮和从动轮存到磨损，也依然能够保证两者之间的啮合精度，整个结构简单合理，既保证了精度，又节省了频繁更换齿轮产生的维护成本。

附图说明

图1为本实用新型机器人关节的伸直状态示意图；

图2为本实用新型机器人关节的弯曲状态示意图；

图3为本实用新型主动转子结构示意图；

图4为本实用新型从动转子结构示意图。

具体实施方式

为了更加清楚、完整的说明本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参考图1-图4，本实用新型提出一种机器人关节，位于机器人的第一臂1和第二臂2的连接处，所述关节包括柔性驱动器、主动轮10及从动轮11；所述柔性驱动器包括主动转子3、从动转子4及转子保护罩5，所述第二臂2内安装驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述主动转子3，所述主动转子3与所述从动转子4相互嵌入式装配且相互之间设有转动间隙，所述转动间隙的敞口处设有密封件，所述主动转子3、从动转子4及密封件围成内部填充有磁流变液7的密封腔体，所述从动转子4和主动转子3均设于转子保护罩5内，所述转子保护罩5上安装有用以改变密封腔体内磁场强度的电磁线圈8；所述主动轮10安装于所述从动转子4的转轴6上，所述从动轮11带动第一臂1转动，所述主动轮10和从动轮11相互啮合，所述主动轮10上设有卡接件，所述主动轮10通过卡接件滑动的套装在转轴6的套筒内，所述转轴6上设有弹性件9，所述弹性件9抵持于转轴6及主动轮10之间。

在本实施例中，所述主动轮10和从动轮11为斜齿轮。

在本实施例中，所述弹性件9为弹簧。

请参考图1、图3、图4，在本实施例中，所述主动转子3上开有供所述从动转子4插装的安装腔，所述从动转子4的插装段的截面呈齿形，所述安装腔的内壁开有与所述齿形匹配的齿形缺口，所述安装腔的开口与所述插装段之间设有所述密封件。

本实施例中，磁流变液7填充在所述密封腔体内，当电磁线圈8断电时，磁场强度为零，磁流变液7为液态，主从动转子4之间不能传递扭矩，柔性驱动器无扭矩传递功能；当电磁线圈8通电时，磁场强度增大，磁流变液7向凝固态转变呈现半固态，柔性驱动器可实现变速传动，传动比可调；当磁场强度足够大时，磁流变液7转变为凝固态，主从动转子4之间实现硬连接。

本实施例的机器人关节的运动控制策略分析如下：

1)柔性驱动器的电磁线圈8通电后，磁流变液7由液态向凝固态转变，此时控制电机旋转，第一臂1可以做弯曲或伸直运动。当磁流变液7处于半固态时，可以实现变速传动，传动比可控可调；当磁流变液7处于凝固态时，传动过程表现为刚性；

2)当关节运动到达目标位姿后，电动机停止输出，通过调节柔性驱动器电磁线圈8的磁场强度来保持关节位姿，同时使第一臂1得到需要的扭矩，过程中还可以通过改变电磁线圈8的磁场强度来调整扭矩大小；

3)当第一臂1突遇碰撞危险时，可通过第一臂1受力的反馈控制实时改变电磁线圈8的磁场强度，进而改变关节的刚度，从而对关节本身和被接触对象同时起到保护作用；当第一臂1突遇碰撞危险时，即使传感装置或控制装置失效，也能通过固态/半固态磁流变液7的剪切破坏效应对关节本身和被接触对象进行保护，从而提高了机器人产品的本质安全性。

本实用新型利用安装在转轴6上的弹性件9抵住可活动的主动轮10，使得主动轮10能够与从动轮11紧密啮合，这样就使得即使主动轮10和从动轮11存到磨损，也依然能够保证两者之间的啮合精度，整个结构简单合理，既保证了精度，又节省了频繁更换齿轮产生的维护成本。当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (4)

1.一种机器人关节，位于机器人的第一臂和第二臂的连接处，其特征在于，所述机器人关节包括柔性驱动器、主动轮及从动轮；所述柔性驱动器包括主动转子、从动转子及转子保护罩，所述第二臂内安装驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述主动转子，所述主动转子与所述从动转子相互嵌入式装配且相互之间设有转动间隙，所述转动间隙的敞口处设有密封件，所述主动转子、从动转子及密封件围成内部填充有磁流变液的密封腔体，所述从动转子和主动转子均设于转子保护罩内，所述转子保护罩上安装有用以改变密封腔体内磁场强度的电磁线圈；所述主动轮安装于所述从动转子的转轴上，所述从动轮带动第一臂转动，所述主动轮和从动轮相互啮合，所述主动轮上设有卡接件，所述主动轮通过卡接件滑动的套装在转轴的套筒内，所述转轴上设有弹性件，所述弹性件抵持于转轴及主动轮之间。

2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述主动轮和从动轮为斜齿轮。

3.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

4.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述主动转子上开有供所述从动转子插装的安装腔，所述从动转子的插装段的截面呈齿形，所述安装腔的内壁开有与所述齿形匹配的齿形缺口，所述安装腔的开口与所述插装段之间设有所述密封件。