WO2020252858A1 - 旋转关节及旋转关节的防碰撞方法 - Google Patents

旋转关节及旋转关节的防碰撞方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020252858A1
WO2020252858A1 PCT/CN2019/098876 CN2019098876W WO2020252858A1 WO 2020252858 A1 WO2020252858 A1 WO 2020252858A1 CN 2019098876 W CN2019098876 W CN 2019098876W WO 2020252858 A1 WO2020252858 A1 WO 2020252858A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joint structure
joint
predetermined position
angle
limiting
Prior art date
Application number
PCT/CN2019/098876
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
谷逍驰
唐聚学
Original Assignee
深圳岱仕科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 深圳岱仕科技有限公司 filed Critical 深圳岱仕科技有限公司
Publication of WO2020252858A1 publication Critical patent/WO2020252858A1/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones

Definitions

  • the invention relates to the technical field of exoskeleton equipment, in particular to a rotary joint and an anti-collision method for the rotary joint.
  • VR virtual reality
  • the Chinese name is virtual reality technology
  • Exoskeleton for motion capture.
  • These mechanical exoskeletons are equipped with a rotating joint structure corresponding to the human joints.
  • the contact parts of the rotating joint structure are smooth, and the rotating joint structure is flexible and easy to rotate.
  • a rigid collision occurs at the extreme position.
  • this collision is often caused by people unintentionally.
  • the suspended part of the mechanical exoskeleton may swing greatly at the revolving joint structure, which is easy to cause components such as the revolving joint structure.
  • the damage affects the accuracy of the mechanical exoskeleton in capturing the user's motion, and the mechanical exoskeleton cannot be used normally.
  • a rotary joint and a method for preventing collision of the rotary joint are provided.
  • a rotary joint comprising: a first joint structure provided with a first limit structure; a second joint structure connected to the first joint structure in rotation, and the second joint structure is provided with the first joint structure.
  • a second limit structure matched with a limit structure to limit the maximum rotation angle of the second joint structure relative to the first joint structure; a driving unit, which is connected to the second shutdown structure for Drive the second joint structure to rotate relative to the first joint structure; the damping adjustment unit can control the driving unit to output and output when the second joint structure rotates to a predetermined position relative to the first joint structure
  • the first torque with the opposite rotation direction of the second joint structure avoids a rigid collision between the first limiting structure and the second limiting structure.
  • An anti-collision method for a rotary joint is as described above, and the anti-collision method of the rotary joint includes: acquiring a rotation angle of the second joint structure relative to the first joint structure; When the angle reaches a predetermined angle, it is determined whether it is necessary to enter the damping adjustment mode; after entering the damping adjustment mode, the driving unit is driven to generate a first torsion force opposite to the rotation direction of the second joint structure to avoid the first limit The positioning structure and the second limiting structure rigidly collide.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of the overall structure of a rotary joint provided by the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram of the internal structure of the rotary joint provided by the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the internal structure of the rotary joint provided by the present invention from another perspective;
  • FIG. 4 is a front view of the first joint structure of the revolute joint provided by the present invention.
  • Fig. 5 is a control flow chart of the anti-collision method of the rotary joint provided by the present invention.
  • the rotary joint provided in this embodiment is used for exoskeleton devices, such as hand mechanical exoskeleton.
  • the joints correspond.
  • the rotary joint mainly includes: a first joint structure 1, a second joint structure 2, a driving unit 3, and a damping adjustment unit.
  • the driving unit 3 is connected to the second joint structure 2 and can drive the second joint structure 2 to rotate relative to the first joint structure 1.
  • the driving unit 3 includes a motor and a motor driver.
  • the motor may be a brushless motor, a coreless motor, an iron core motor, and the like.
  • the body of the driving unit 3 is the housing of the motor, and the motor driver may be a PWM driving module (PWM is the abbreviation of Pulse Width Modulation, and the Chinese name is pulse width modulation).
  • the body of the motor of the driving unit 3 is fixedly arranged on the first joint structure 1, and the main shaft of the motor is connected with the second joint structure 2.
  • the main shaft of the motor can be driven to rotate together, thereby realizing the second joint
  • the structure 2 rotates relative to the first joint structure 1.
  • the first joint structure 1 and the second joint structure 2 are respectively provided with a first limiting structure 11 and a second limiting structure 21 that can cooperate with each other, wherein the first limiting structure 11 is arranged on the first On the joint structure 1, the second limiting structure 21 is provided on the second joint structure 2.
  • the second joint structure 2 can be defined relative to the first The maximum rotation range of the joint structure 1.
  • the damping adjustment unit can control the driving unit 3 to output a first torque opposite to the rotation direction of the second joint structure 2 when the second joint structure 2 rotates to a predetermined position relative to the first joint structure 1, so as to avoid the first limit structure 11 Rigid collision with the second limiting structure 21.
  • the damping adjustment unit includes an angle sensor 4 and a damping adjustment module.
  • the angle sensor 4 is used to detect the rotation angle of the second joint structure 2 relative to the first joint structure 1, and the second joint structure 2 relative to the first joint structure 1 When rotating to a predetermined position, a damping adjustment signal is generated, and the damping adjustment module can drive the driving unit 3 to output the first torque according to the damping adjustment signal.
  • the second joint structure 2 is fixedly connected with the main shaft of the driving unit 3 so that the two can move synchronously.
  • the angle sensor 4 can be directly connected with the main shaft of the motor, and the rotation angle of the main shaft can be judged. The rotation angle of the second joint structure 2 relative to the first joint structure 1.
  • the damping adjustment module is a controller provided on the rotary joint, which is a part of the rotary joint.
  • the damping adjustment module may also be a device independent of the rotation joint.
  • the controller may be the main controller of the exoskeleton device.
  • the damping adjustment module may also be a control program in the controller.
  • the first joint structure 1 is provided with a cavity 12, and the body of the motor of the drive unit 3 is fixed in the cavity 12 (at this time, the housing of the motor of the drive unit 3
  • the cavity wall of the cavity 12 may be an integral structure).
  • the first end of the second joint structure 2 is disposed in the cavity 12, and the second end of the second joint structure 2 is disposed outside the cavity 12.
  • the first joint structure 1 is also provided with an opening 13 communicating with the cavity 12, and the second joint structure 2 penetrates the cavity 12 from the opening 13, and can be within the range of the opening 13 relative to the first The joint structure 1 rotates.
  • the side wall at the end of the opening 13 is the first limiting structure 11, and the side wall of the second joint structure 2 itself is the second limiting structure 21.
  • the arrangement of the first limiting structure 11 and the second limiting structure 21 may also be in other ways.
  • the first joint structure 1 is used on the surface in contact with the second joint structure 2.
  • An arc-shaped groove is provided.
  • the surface of the second joint structure 2 for contacting the first joint structure 1 is provided with a protrusion matching the arc-shaped groove.
  • the first limiting structure 11 includes a first limiting portion 111 and a second limiting portion 112, and the second joint structure 2 can be positioned between the first limiting portion 111 and the second limiting portion 112. Rotate between the positions 112.
  • the second limiting structure 21 will collide with the first limiting structure 11.
  • this embodiment mainly uses the controller
  • the driving unit 3 is controlled to output the first torsion force to avoid a rigid collision between the second limiting structure 21 and the first limiting structure (see below for specific control methods).
  • the rotary joint further includes: a gear reduction mechanism 5, the input end of the gear reduction mechanism 5 is connected to the main shaft of the drive unit 3, and the gear reduction The output end of the mechanism 5 is connected with the second joint structure 2, and the torque output by the driving unit 3 can be increased by the gear reduction mechanism 5.
  • the acceleration mechanism can also be used to reduce the torque output by the drive unit, that is, different transmission mechanisms can be selected according to the actual situation to make the torque output by the drive unit Meet the demand.
  • the gear reduction mechanism 5 may also be a reduction mechanism capable of realizing the deceleration function, such as a pulley mechanism, a worm gear mechanism, and a linkage mechanism.
  • the transmission mechanism may also be an acceleration mechanism to increase the drive. The speed of the unit output.
  • this method of adjusting the output torque of the drive unit 3 to prevent rigid collisions requires a power supply to supply power to the controller, the drive unit 3 and other components (wherein, the power supply can be set on the rotary joint, or it can be Other parts of the exoskeleton device).
  • the power supply can be set on the rotary joint, or it can be Other parts of the exoskeleton device.
  • the first limit structure 11 And/or the second limiting structure 21 is provided with an elastic unit, so that when the damping adjustment cannot be performed by the driving unit 3, the first limiting structure and the second limiting structure 21 can be avoided to a certain extent. The role of a rigid collision between.
  • the elastic unit may be soft rubber, and the soft rubber may be set on the first limiting structure 11 and/or the second limiting structure 21 by a two-material injection molding method.
  • the elastic unit may also be a spring, an elastic sheet, or the like.
  • the anti-collision method of the rotary joint includes:
  • Step S1 Obtain the rotation angle of the second joint structure 2 relative to the first joint structure 1.
  • the controller and the angle sensor 4 can be communicatively connected.
  • the angle sensor 4 detects the rotation angle of the second joint structure 2 relative to the first joint structure 1 (hereinafter referred to as the rotation angle of the second joint structure 2). ) Can be passed to the controller for processing.
  • the communication connection between the controller and the angle sensor 4 may be a wired communication connection or a wireless communication connection.
  • the angle sensor 4 can detect the rotation angle of the second joint structure 2 in real time, and transmit these real-time detected angle values to the controller, so that the controller can obtain the second joint structure 2 relative to the first The instantaneous rotation angle of the joint structure 1. Meanwhile, these instantaneous rotation angles include the angle value detected by the angle sensor when the second limit structure 21 rotates to the first limit structure 11. In this embodiment, the angle value is defined as the limit angle;
  • Step S2 When the rotation angle reaches a predetermined angle, it is judged whether it is necessary to enter the damping adjustment mode.
  • the rotation angle when the rotation angle reaches a predetermined angle, it means that the second joint structure 2 rotates to a predetermined position relative to the first joint structure 1.
  • the predetermined angle is a prerequisite for starting the damping adjustment mode, but whether it is necessary to enter the damping adjustment mode requires further judgment.
  • This judgment step includes: comparing the instantaneous rotation angle and judging the rotation direction of the second joint structure 2, when the rotation direction is satisfied Enter the damping adjustment mode when the predetermined rule is reached.
  • the first limiting structure 11 includes a first limiting portion 111 and a second limiting portion 112, so there are also two limiting angles, namely the first limiting angle and the second limiting angle. angle. There are also two corresponding predetermined angles, namely the first predetermined angle and the second predetermined angle.
  • the first predetermined angle is the angle value detected by the angle sensor when the second joint structure 2 rotates to the first predetermined position
  • the second predetermined angle The angle is the angle value detected by the angle sensor when the second joint structure 2 rotates to the second predetermined position.
  • the angle values of the first limit angle, the first predetermined angle, the second predetermined angle, and the second limit angle increase in sequence, that is, the first predetermined position and the second predetermined position are located in the first limit portion And the second limiting portion, the first predetermined position is set close to the first limiting portion, and the second predetermined position is set close to the second limiting portion.
  • the first damping area is set between the first limiting portion 111 and the first predetermined position
  • the second damping area is set between the second limiting portion 112 and the second predetermined position.
  • the predetermined rules satisfied by the rotation direction mainly include: when the second joint structure 2 reaches the first predetermined position, the rotation direction of the second joint structure 2 is the direction from the first predetermined position to the first limit part 111; When the two-joint structure 2 reaches the second predetermined position, the rotation direction of the second joint structure 2 is from the second predetermined position to the second limiting portion 112. That is, when the second joint structure 2 reaches a corresponding predetermined angle and the rotation direction meets the above two conditions, the controller will enter the damping adjustment mode to work.
  • Step S3 Enter the damping adjustment mode, and the driving unit 3 generates a first torsion force opposite to the rotation direction of the second joint structure 2 to avoid a rigid collision between the first limiting structure 11 and the second limiting structure 21.
  • the controller when the second joint structure 2 rotates to a predetermined position and continues to move to the first limiting structure 11, the controller will drive the driving unit 3 to generate the first torsion to avoid the first limiting structure 11.
  • the rotation joint is damaged due to rigid collision with the second limiting structure 21, which can guarantee the motion capture accuracy of the entire exoskeleton device.
  • the angular velocity of the second joint structure 2 at the current position is described.
  • the values of k1 and k2 can be between 0-2, and k1 and k2 are not 0 at the same time.
  • the controller may also adjust the operation of the driving unit 3 in the force feedback adjustment mode.
  • the area between the first predetermined position and the second predetermined position is the force feedback area.
  • the controller can enter the force feedback adjustment mode to drive
  • the driving unit 3 generates a second torsion force that is opposite to the rotation direction of the second joint structure, so that the user has a sense of grip and improves the user's tactile experience.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

一种旋转关节，包括：第一关节结构（1），设有第一限位结构（11）；第二关节结构（2），与第一关节结构（1）转动相接，且第二关节结构（2）上设有与第一限位结构（11）配合的第二限位结构（21），以限定第二关节结构（2）相对于第一关节结构（1）的最大转动角度；驱动单元（3），与第二关节结构（2）相接，用于驱动第二关节结构（2）相对于第一关节结构（1）转动；以及阻尼调节单元，在第二关节结构（2）相对于第一关节结构（1）旋转至预定位置时，控制驱动单元（3）输出与第二关节结构（2）旋转方向相反的第一扭矩。还公开了该旋转关节的防碰撞方法，以避免第一限位结构和第二限位结构刚性碰撞。

Description

旋转关节及旋转关节的防碰撞方法 技术领域
本发明涉及外骨骼设备技术领域，特别是涉及一种旋转关节及旋转关节的防碰撞方法。
背景技术
VR技术(VR为Virtual Reality的缩写，中文名称为虚拟现实技术)的出现改变了人类与计算机的交互方式，在虚拟现实的场景中，为了增强用户对虚拟世界的感知，常常会穿戴相应的机械外骨骼(比如手部机械外骨骼)来进行动作捕获。
这些机械外骨骼设有与人体关节对应的旋转关节结构，为了使用户穿戴舒适、操作灵活，这些组成旋转关节结构的各部分接触处光滑度较高，旋转关节结构灵活性强，很容易转动至极限位置产生刚性碰撞。而且，这种碰撞很多时候是人们无意间造成的，比如人们拿着机械外骨骼走动时，机械外骨骼悬空的部位就可能会在旋转关节结构处大幅度摆动，很容易造成旋转关节结构等部件损伤，影响机械外骨骼对用户动作捕捉的精度，导致机械外骨骼无法正常使用。
发明内容
根据本申请的各种实施例，提供一种旋转关节及旋转关节防碰撞方法。
一种旋转关节，包括：第一关节结构，设有第一限位结构；第二关节结 构，与所述第一关节结构转动相接，且所述第二关节结构上设有与所述第一限位结构配合的第二限位结构，以限定所述第二关节结构相对于所述第一关节结构的最大转动角度；驱动单元，驱动单元与所述第二关机结构相接，用于驱动所述第二关节结构相对于所述第一关节结构转动；阻尼调节单元，可以在所述第二关节结构相对于所述第一关节结构旋转至预定位置时，控制所述驱动单元输出与所述第二关节结构旋转方向相反的第一扭矩，以避免所述第一限位结构和所述第二限位结构刚性碰撞。
一种旋转关节的防碰撞方法，所述旋转关节如上所述，所述旋转关节的防碰撞方法包括：获取所述第二关节结构相对于所述第一关节结构的转动角度；当所述转动角度达到预定角度时，判断是否需要进入阻尼调节模式；进入所述阻尼调节模式后，驱动所述驱动单元产生与所述第二关节结构转动方向相反的第一扭力，以避免所述第一限位结构和所述第二限位结构刚性碰撞。
本发明的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。
附图说明
为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
图1为本发明提供的旋转关节的整体结构示意图；
图2为本发明提供的旋转关节的内部结构示意图；
图3为本发明提供的旋转关节的另一视角的内部结构示意图；
图4为本发明提供的旋转关节的第一关节结构的主视图；
图5为本发明提供的旋转关节的防碰撞方法的控制流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1至图3所示，为本实施例提供的旋转关节，该旋转关节用于外骨骼设备，比如手部机械外骨骼等，用户穿戴外骨骼设备后人体的关节与外骨骼设备的旋转关节相对应。旋转关节主要包括：第一关节结构1、第二关节结构2、驱动单元3以及阻尼调节单元。
驱动单元3与第二关节结构2相接，用可以驱动第二关节结构2相对于第一关节结构1转动。在本实施例中，驱动单元3包括电机，以及电机驱动器，电机可以是无刷电机、空心杯电机、铁芯电机等。其中，驱动单元3的机体为电机的外壳，电机驱动器可以是PWM驱动模块(PWM为Pulse Width Modulation的缩写，中文名称为脉冲宽度调制)。
驱动单元3的电机的机体固定设置在第一关节结构1上，电机的主轴与 第二关节结构2相接，第二关节结构2受力时可以带动电机的主轴一起转动，进而实现第二关节结构2相对于第一关节结构1转动。
如图3所示，第一关节结构1和第二关节结构2上分别设有可以相互配合的第一限位结构11和第二限位结构21，其中第一限位结构11设置在第一关节结构1上，第二限位结构21设置在第二关节结构2上，通过第一限位结构11和第二限位结构21的限位配合，可以限定第二关节结构2相对于第一关节结构1的最大转动范围。
阻尼调节单元可以在第二关节结构2相对于第一关节结构1旋转至预定位置时控制驱动单元3输出与第二关节结构2的旋转方向相反的第一扭矩，以避免第一限位结构11和第二限位结构21刚性碰撞。
其中，阻尼调节单元包括角度传感器4和阻尼调节模块，角度传感器4用于检测第二关节结构2相对于第一关节结构1的转动角度，并在第二关节结构2相对于第一关节结构1旋转至预定位置时生成阻尼调节信号，阻尼调节模块可根据阻尼调节信号驱动驱动单元3输出第一力矩。在本实施例中，第二关节结构2与驱动单元3的主轴固定连接，以便二者可以同步运动，此时角度传感器4可以直接与电机的主轴相接，通过检测的主轴的旋转角度来判断第二关节结构2相对于第一关节结构1的转动角度。另外，在本实施例中，阻尼调节模块为设置在旋转关节上的控制器，其为旋转关节的一部分。当然，在的其他实施例中，阻尼调节模块也可以是独立于旋转关节外的器件，比如控制器可以是外骨骼设备的主控制器。此外，在其他实施例中，阻尼调节模块也可以是控制器内的一段控制程序。
如图2和3所示，在本实施例中，第一关节结构1上设有一腔体12，驱动单元3的电机的机体固定在腔体12内(此时，驱动单元3的电机的外壳与 腔体12的腔体壁可以是一体结构)。第二关节结构2的第一端设于腔体12内，第二关节结构2的第二端设于腔体12外。另外，如图1所示，第一关节结构1还设有一与腔体12相通的开口13，第二关节结构2从开口13穿出腔体12，并可在开口13内范围相对于第一关节结构1转动。可以理解的，在本实施例中，开口13端部处的侧壁便为第一限位结构11，第二关节结构2自身的侧壁便为第二限位结构21。
可以理解的，在其他实施例中，第一限位结构11和第二限位结构21的设置也可以是其他方式，比如，第一关节结构1用于与第二关节结构2接触的表面上设有一弧形槽，第二关节结构2用于与第一关节结构1接触的表面上设有一与该弧形槽匹配的凸起，第二关节结构2相对于第一关节结构1转动时，凸起在弧形槽内转动。
如图4所示，在本实施例中，第一限位结构11包括第一限位部111和第二限位部112，第二关节结构2可以在第一限位部111和第二限位部112之间转动。
在第二关节结构2旋转过程中，第二限位结构21会与第一限位结构11碰撞，为了避免第一关节结构1和第二关节结构2碰撞损坏，本实施例主要是通过控制器控制驱动单元3输出第一扭力来对避免第二限位结构21与第一限位结构刚性碰撞(具体控制方法见下文)。其中，为了提高驱动单元的输出扭矩，如图3所示，在本实施例中，旋转关节还包括：齿轮减速机构5，齿轮减速机构5的输入端与驱动单元3的主轴相接，齿轮减速机构5的输出端与第二关节结构2相接，通过齿轮减速机构5可以提高驱动单元3输出的扭矩。当然，在其他实施例中，当驱动单元3的主轴输出的扭矩过大时也可以使用加速机构来降低驱动单元输出的扭矩，即可以根据实际情况选择不同的 变速机构来使驱动单元输出的扭矩满足需求。
可以理解的，在其他实施例中，齿轮减速机构5也可以是带轮机构、涡轮蜗杆机构、连杆机构等能够实现减速功能的减速机构，当然，变速机构也可以是加速机构，以便提升驱动单元输出的速度。
可以理解的，这种通过驱动单元3输出扭矩进行防刚性碰撞的调节方式中需要电源对控制器、驱动单元3等元器件进行供电(其中，供电的电源可以是设置旋转关节上，也可以是设置外骨骼设备的其他部位)，然而在实际使用过程中，存在无法对控制器、驱动单元3等元器件进行供电的情况，针对这一情况，在本实施例中，第一限位结构11和/或第二限位结构21上设有弹性单元，使得在不能通过驱动单元3进行阻尼调节的情况下，也能在一定程度上起到避免第一限位结构和第二限位结构21之间发生刚性碰撞的作用。其中，弹性单元可以采用软胶，软胶可以通过双料注塑方式设置在第一限位结构11和/或第二限位结构21上。当然在其他实施例中，弹性单元也可以是弹簧、弹性片等。
如图5所示，为本实施例提供的旋转关节的防碰撞方法，包括：
步骤S1：获取第二关节结构2相对于第一关节结构1的转动角度。
在本实施例中，控制器与角度传感器4之间可以通信连接，角度传感器4检测到第二关节结构2相对与第一关节结构1的转动角度(下文中简称第二关节结构2的转动角度)可以传递至控制器进行处理。其中，控制器与角度传感4之间的通信连接可以是有线通信连接也可以是无线通信连接。
另外，在本实施例中，角度传感器4可以实时检测第二关节结构2的转动角度，并将这些实时检测到的角度值传递至控制器，以便控制器获取第二关节结构2相对于第一关节结构1的瞬时旋转角度。同时，这些瞬时旋转角 度中包括第二限位结构21旋转至第一限位结构11时，角度传感器所检测到的角度值，在本实施例中，定义该角度值为限位角度；
步骤S2：当转动角度达到预定角度时，判断是否需要进入阻尼调节模式。
在本实施例中，转动角度达到预定角度，是指第二关节结构2相对于第一关节结构1旋转至预定的位置。预定角度是启动阻尼调节模式的前提条件，但是是否需要进入阻尼调节模式还需要做进一步的判断，这个判断的步骤包括：对比瞬时旋转角度，判断第二关节结构2的转动方向，当旋转方向满足预定规则时进入阻尼调节模式。
其中，在本实施例中，第一限位结构11包括第一限位部111和第二限位部112，故限位角度也为两个，分别为第一限位角度和第二限位角度。对应的预定角度也为两个，分别为第一预定角度和第二预定角度，第一预定角度为角度传感器在第二关节结构2旋转至第一预定位置时检测到的角度值，第二预定角度为角度传感器在第二关节结构2旋转至第二预定位置时检测到的角度值。
在本实施例中，第一限位角度、第一预定角度、第二预定角度、第二限位角度的角度值依次增大，即第一预定位置和第二预定位置位于第一限位部和第二限位部之间，且第一预定位置靠近第一限位部设置，第二预定位置靠近第二限位部设置。在本实施例中，设定第一限位部111与第一预定位置之间为第一阻尼区，第二限位部112与第二预定位置之间为第二阻尼区。
旋转方向所满足的预定规则，主要包括：在第二关节结构2到达第一预定位置时，第二关节结构2的旋转方向为由第一预定位置至第一限位部111的方向；在第二关节结构2到达第二预定位置时，第二关节结构2的旋转方向为由第二预定位置至第二限位部112的方向。即，当第二关节结构2达到 相应的预定角度，且旋转方向满足上述两种情况时，控制器会进入阻尼调节模式进行工作。
步骤S3：进入阻尼调节模式，驱动单元3产生与第二关节结构2转动方向相反的第一扭力，以避免第一限位结构11和第二限位结构21刚性碰撞。
在本实施例中，当第二关节结构2转动至预定位置时，并继续向第一限位结构11处运动时，控制器会驱动驱动单元3产生第一扭力，避免第一限位结构11和第二限位结构21因刚性碰撞而导致旋转关节损坏，可以为整个外骨骼设备的动作捕捉精度提供保障。另外，在本实施例中，第一扭力的大小为F1＝k1*ω，k1为常数系数，k1的数值大小可以是为1-2之间，这个数值也可以有用户自己设定，ω所述第二关节结构2在当前位置的角速度。
另外，在本实施例中，在第二关节结构到达所述第一预定位置，且第二关节结构的旋转方向为由第一预定位置至第一限位部的方向时，第一扭力的大小为F1＝k1*ω+k2*θ1；在第二关节结构到达第二预定位置，且第二关节结构的旋转方向为由第二预定位置至第二限位部的方向时，第一扭力的大小为F2＝k1*ω+k2*θ2；其中，k1、k2为常数系数，ω第二关节结构在当前位置的角速度，θ1为第二关节结构当前位置与第一预定位置之间的夹角，θ2为第二关节结构当前位置与第二预定位置之间的夹角。在本实施例中，k1和k2的数值均可在0-2之间，且k1和k2不同时为0。
在本实施例中，控制器除了可以以阻尼调节模式调节驱动单元3工作之外，还可以以力反馈调节模式调节驱动单元3工作。具体的，在本实施例中，第一预定位置与第二预定位置之间区域为力反馈区，当检测到第二关节结构2在力反馈区转动时控制器可以进入力反馈调节模式，驱动驱动单元3产生与第二关节结构转动方向相反的第二扭力，以使用户产生把持感，提高用户 的触觉体验。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

  1. 一种旋转关节，包括：
    第一关节结构，设有第一限位结构；
    第二关节结构，与所述第一关节结构转动相接，且所述第二关节结构上设有与所述第一限位结构配合的第二限位结构，以限定所述第二关节结构相对于所述第一关节结构的最大转动角度；
    驱动单元，与所述第二关节结构相接，用于驱动所述第二关节结构相对于所述第一关节结构转动；及
    阻尼调节单元，可以在所述第二关节结构相对于所述第一关节结构旋转至预定位置时，控制所述驱动单元输出与所述第二关节结构旋转方向相反的第一扭矩，以避免所述第一限位结构和所述第二限位结构刚性碰撞。
  2. 根据权利要求1所述的旋转关节，其特征在于，所述阻尼调节单元包括：
    角度传感器，用于检测所述第二关节结构相对于所述第一关节结构的转动角度，并在所述第二关节结构相对于所述第一关节结构旋转至预定位置时生成阻尼调节信号；
    阻尼调节模块，可根据所述阻尼调节信号驱动所述驱动单元输出所述第一力矩。
  3. 根据权利要求2所述的旋转关节，其特征在于，所述第一限位结构包括第一限位部和第二限位部，所述第二关节结构相对于所述第一关节结构转动时，所述第二限位结构可在所述第一限位部和所述第二限位部之间转动；
    所述预定位置包括：第一预定位置和第二预定位置；
    所述第一预定位置与所述第二预定位置设置在所述第一限位部和所述第 二限位部之间，且所述第一预定位置靠近所述第一限位部，所述第二预定位置靠近所述第二限位部；
    所述第二限位结构在由所述第一预定位置向所述第一限位部旋转时，或者由所述第二预定位置向所述第二限位部旋转时，所述驱动单元能够输出所述第一力矩。
  4. 根据权利要求1所述的旋转关节，其特征在于，所述第一关节结构设有一腔体，所述驱动单元固定在所述腔体内；所述第二关节结构的第一端设于所述腔体内，所述第二关节结构的第二端设于所述腔体外；所述第一关节结构还设有一与所述腔体相通的开口，以便所述第二关节结构穿出所述腔体并相对于所述第二关节结构转动，其中，所述开口端部侧壁为所述第一限位结构。
  5. 根据权利要求1所述的旋转关节，其特征在于，所述第一限位结构和所述第二限位结构中的至少一者上设有弹性单元，以避免所述第一限位结构和所述第二限位结构刚性接触。
  6. 根据权利要求1所述的旋转关节，其特征在于，所述旋转关节还包括：变速机构，所述变速机构的输入端与所述驱动单元相接，所述变速机构的输出端与所述第二关节结构。
  7. 根据权利要求1所述的旋转关节，其特征在于，所述驱动单元包括电机，所述电机的机体固定在所述第一关节结构上，所述电机的主轴与所述第二关节结构相接。
  8. 一种旋转关节的防碰撞方法，所述旋转关节如权利要求1-7任意一项所述，所述旋转关节的防碰撞方法包括：
    获取第二关节结构相对于第一关节结构的转动角度；
    当所述转动角度达到预定角度时，判断是否需要进入阻尼调节模式；
    进入所述阻尼调节模式后，驱动所述驱动单元产生与所述第二关节结构转动方向相反的第一扭力，以避免所述旋转关节的第一限位结构和所述旋转关节的第二限位结构刚性碰撞。
  9. 根据权利要求8所述的旋转关节的防碰撞方法，其特征在于，所述获取所述第二关节结构相对于所述第一关节结构的转动角度包括：实时获取所述第二关节结构相对于所述第一关节结构的瞬时旋转角度，并在所述第二限位结构旋转至所述第一限位结构时，获取限位角度；
    所述判断是否需要进入阻尼调节模式的步骤包括：对比所述瞬时旋转角度，判断所述第二关节结构的转动方向，当所述旋转方向满足预定规则时进入所述阻尼调节模式。
  10. 根据权利要求9所述的旋转关节的防碰撞方法，其特征在于，所述第一限位结构包括第一限位部和第二限位部，所述限位角度包括第一限位角度和第二限位角度，所述第一限位角度对应于所述第二关节结构相对于所述第一关节结构运动至第一限位部，所述第二限位角度对应于所述第二关节结构相对于所述第一关节结构运动至第二限位部；
    所述预定角度包括第一预定角度与第二预定角度，所述第一预定角度对应于所述第二关节结构相对于所述第一关节结构运动至第一预定位置，所述第二预定角度对应于所述第二关节结构相对于所述第一关节结构运动至第二预定位置；
    其中，所述第一限位角度、所述第一预定角度、所述第二预定角度、所述第二限位角度的角度值依次增大。
  11. 根据权利要求10所述的旋转关节的防碰撞方法，其特征在于，所述 预定规则包括：
    在所述第二关节结构到达所述第一预定位置时，所述第二关节结构的旋转方向为由所述第一预定位置至所述第一限位部的方向；或者
    在所述第二关节结构到达所述第二预定位置时，所述第二关节结构的旋转方向为由所述第二预定位置至所述第二限位部的方向。
  12. 根据权利要求11所述的旋转关节的防碰撞方法，其特征在于，在所述第二关节结构到达所述第一预定位置，且所述第二关节结构的旋转方向为由所述第一预定位置至所述第一限位部的方向时，所述第一扭力的大小为F1＝k1*ω+k2*θ1；其中，k1、k2为常数系数，ω所述第二关节结构在当前位置的角速度，θ1为所述第二关节结构当前位置与所述第一预定位置之间的夹角。
  13. 根据权利要求11所述的旋转关节的防碰撞方法，其特征在于，在所述第二关节结构到达所述第二预定位置，且所述第二关节结构的旋转方向为由所述第二预定位置至所述第二限位部的方向时，所述第一扭力的大小为F2＝k1*ω+k2*θ2；其中，k1、k2为常数系数，ω所述第二关节结构在当前位置的角速度，θ2为所述第二关节结构当前位置与所述第二预定位置之间的夹角。
  14. 根据权利要求12或13所述的旋转关节的防碰撞方法，其特征在于，k1和k2的数值均可在0-2之间，且k1和k2不同时为0。
  15. 根据权利要求10所述的旋转关节的防碰撞方法，其特征在于，所述第一预位置与所述第二预定位置之间区域为力反馈区，当检测到所述第二关节结构在所述力反馈区转动时进入力反馈调节模式，控制所述驱动单元产生与所述第二关节结构转动方向相反的第二扭力。
PCT/CN2019/098876 2019-06-21 2019-08-01 旋转关节及旋转关节的防碰撞方法 WO2020252858A1 (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910540502.6 2019-06-21
CN201910540502.6A CN110253622B (zh) 2019-06-21 2019-06-21 旋转关节及旋转关节的防碰撞方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020252858A1 true WO2020252858A1 (zh) 2020-12-24

Family

ID=67920120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2019/098876 WO2020252858A1 (zh) 2019-06-21 2019-08-01 旋转关节及旋转关节的防碰撞方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110253622B (zh)
WO (1) WO2020252858A1 (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5130627A (en) * 1987-09-02 1992-07-14 Robert Bosch Gmbh Method for positioning a part and device for carrying out the method
CN201552580U (zh) * 2009-12-18 2010-08-18 中国科学院沈阳自动化研究所 一种模块化可重构机器人的转动关节模块
CN102490184A (zh) * 2011-12-30 2012-06-13 北京配天大富精密机械有限公司 一种机器人关节及机器人
CN102717847A (zh) * 2012-06-28 2012-10-10 中国科学院自动化研究所 四足机器人低转动惯量配置的腿足机构
JP2014030338A (ja) * 2012-06-28 2014-02-13 Nidec Copal Electronics Corp 薄型ギヤモータおよび該薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置
CN207344624U (zh) * 2017-09-01 2018-05-11 智造未来（北京）机器人系统技术有限公司 具有双重限位设置的机械关节及应用其的机械臂和机器人
CN108214452A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 深圳市肯綮科技有限公司 一种用于外骨骼的动力关节装置
CN109669532A (zh) * 2018-11-01 2019-04-23 深圳岱仕科技有限公司 手部机械外骨骼力反馈的控制方法及系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007118114A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Fanuc Ltd ロボット用停止装置
CN202200305U (zh) * 2011-07-27 2012-04-25 石家庄君乐宝乳业有限公司 机械手臂的水平纵轴的止动销
JP5650696B2 (ja) * 2012-09-04 2015-01-07 ファナック株式会社 スリットが形成された弾性変形体を有する機械式ストッパ装置、及び該機械式ストッパ装置を備えた多関節ロボット
DE102013012448A1 (de) * 2013-07-26 2015-01-29 Kuka Laboratories Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bremsen einer Roboterachsanordnung

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5130627A (en) * 1987-09-02 1992-07-14 Robert Bosch Gmbh Method for positioning a part and device for carrying out the method
CN201552580U (zh) * 2009-12-18 2010-08-18 中国科学院沈阳自动化研究所 一种模块化可重构机器人的转动关节模块
CN102490184A (zh) * 2011-12-30 2012-06-13 北京配天大富精密机械有限公司 一种机器人关节及机器人
CN102717847A (zh) * 2012-06-28 2012-10-10 中国科学院自动化研究所 四足机器人低转动惯量配置的腿足机构
JP2014030338A (ja) * 2012-06-28 2014-02-13 Nidec Copal Electronics Corp 薄型ギヤモータおよび該薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置
CN108214452A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 深圳市肯綮科技有限公司 一种用于外骨骼的动力关节装置
CN207344624U (zh) * 2017-09-01 2018-05-11 智造未来（北京）机器人系统技术有限公司 具有双重限位设置的机械关节及应用其的机械臂和机器人
CN109669532A (zh) * 2018-11-01 2019-04-23 深圳岱仕科技有限公司 手部机械外骨骼力反馈的控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110253622B (zh) 2021-01-22
CN110253622A (zh) 2019-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8757691B2 (en) Hand and robot
JP6699843B2 (ja) ロボットアームの制御システム
JP2012250320A5 (zh)
KR20160054429A (ko) 분리 가능한 테일게이트 구동장치
TW201117935A (en) A wrist unit for an industrial robot
WO2020158642A1 (ja) ロボットの制御装置、ロボットの制御方法、及びプログラム
US11607815B2 (en) Two-degree-of-freedom rope-driven finger force feedback device
JP7265358B2 (ja) 反力が制御された電気パルス工具
WO2020252858A1 (zh) 旋转关节及旋转关节的防碰撞方法
WO2020088019A1 (zh) 手部机械外骨骼装置及外骨骼设备
JP2008157338A (ja) 駆動モジュール及びロボット
KR101013792B1 (ko) 로봇 상부아암의 2자유도 구동장치
KR101588281B1 (ko) 재활 보조기기용 제어 시스템
CN105500402A (zh) 一种机器人新型活动关节
JPS59166493A (ja) 工業用ロボツト
CN209850908U (zh) 力反馈装置及外骨骼设备
WO2019138703A1 (ja) 制御装置、制御方法及びプログラム
WO2020088017A1 (zh) 手部机械外骨骼设备
JP6598117B2 (ja) 電動工具
WO2018173634A1 (ja) 機械装置の動力伝達システム
TWI304853B (zh)
WO2023228424A1 (ja) コントローラ装置
CN103586869A (zh) 具有多轴转动机构的机器人
JP6757638B2 (ja) 駆動装置
JP3243606U (ja) 電動回転工具の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19933703

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19933703

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 01/06/2022)