[发明专利]一体化旋转关节和确定一体化旋转关节零位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地，设计一种用于机器人的一体化旋转关节和该一体化旋转关节的控制方法。

背景技术

“一体化关节设计”是机器人技术发展的一个新方向，是设计和建立机器人系统的一种现代方法。随着机器人的种类和复杂性的日益增加，对关节一体化研究提高了机器人结构的通用性、可重用性和可靠性，具有较高的使用价值和应用前景。

现有的一体化关节包括驱动电机、控制器、减速器、编码器和制动器，不能测量关节的输出力矩，由此类一体化关节构建的机器人很难实现高精度的力控制和与环境的稳定接触。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体化旋转关节和该一体化旋转关节的控制方法，该一体化旋转关节中具有力觉测量的功能。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种一体化旋转关节，该一体化旋转关节包括壳体、设置在该壳体内的关节主体、关节输出轴和控制器，所述关节主体包括电机和与该电机相连的减速器，该减速器的减速器输出轴与所述关节输出轴相连，所述电机与所述控制器电连接，其中，所述关节主体还包括力矩传递传感装置，该力矩传递传感装置连接在所述减速器和所述关节输出轴之间，以将所述减速器输出的力矩传递给所述关节输出轴并测量该关节输出轴输出的力矩。

优选地，所述力矩传递传感装置包括弹性模块单元和弹性形变测量单元，所述弹性模块单元包括输入件、输出块和连接所述输入件和所述输出块的弹簧，所述减速器与所述输入件相连，所述输出块与所述弹性形变测量单元连接，且所述输出块与所述关节输出轴连接。

优选地，所述输入件包括底壁和环绕该底壁设置的侧壁，所述减速器输出轴与所述底壁相连，所述弹簧设置在所述侧壁上，以使所述输出块位于所述侧壁和所述底壁围成的空间内。

优选地，所述输入件的侧壁上设置有多个连接块，该多个连接块沿所述输入件的周向均匀分布，所述输出块包括多个输出辐，该多个输出辐沿所述输入件的周向均匀分布，且每个所述输出辐位于相邻两个所述连接块之间，所述弹簧连接相邻的所述输出辐和所述连接块。

优选地，所述减速器为谐波减速器，该谐波减速器包括杯形柔轮，该杯形柔轮固定在所述减速器输出轴上，该减速器输出轴与所述输入件的所述底壁相连。

优选地，所述输入件的所述底壁上设置有第一通孔，所述输出块的中部设置有与所述第一通孔同轴的第二通孔，所述减速器输出轴穿过所述第一通孔，并通过轴承支撑在所述第二通孔中。

优选地，弹性形变测量单元为增量式编码器，该弹性形变测量单元包括第一基座、第一码盘、第一电路板以及设置在该第一电路板上的第一发射器，所述第一码盘设置在所述第一基座内部，所述第一基座与所述输出块相连，所述第一码盘与所述减速器输出轴相连，且所述第一电路板与所述控制器电连接，所述第一发射器设置在所述第一基座上，且所述第一发射器与所述第一码盘上Z脉冲信号的位置相邻。

优选地，该一体化旋转关节还包括与所述减速器输出轴连接的减速器角度测量单元，该减速器角度测量单元与所述控制器电连接。

优选地，所述减速器角度测量单元为增量式编码器，该减速器角度测量单元包括第二基座、第二码盘、第二电路板和设置在该第二电路板上的第二发射器，所述第二码盘设置在所述第二基座内部，且所述第二基座与所述壳体相连，所述第二码盘与所述减速器输出轴相连，所述第二发射器设置在所述基座上。

优选地，所述电机为无框无刷电机，所述电机的中心轴内形成有沿该中心轴延伸的第一中心孔，所述减速器输出轴的一部分穿过所述第一中心孔延伸至所述壳体外部，所述减速器角度测量单元设置在所述减速器输出轴位于所述壳体外部的部分上。

优选地，所述减速器输出轴包括同轴连接的第一减速器输出轴和第二减速器输出轴，所述第一减速器输出轴穿过所述第一中心孔，所述第二减速器输出轴与所述输入件相连。

优选地，所述第一减速器输出轴内形成有沿该第一减速器输出轴的轴向延伸的第二中心孔，所述弹性形变测量单元的电源线与数据线穿过所述第二中心孔与所述控制器电连接。

优选地，所述关节主体还包括安装板，该安装板设置在所述第二减速器输出轴上，该安装板的一个端面与所述输出块相连，所述弹性形变测量单元和所述输出轴均与所述安装板的另一个端面相连。