[发明专利]一种变刚度服务机器人关节

说明书

技术领域

本发明涉及服务机器人技术领域，特指一种变刚度服务机器人关节。

背景技术

目前，市面上出现的机器人大多是由刚性材料和刚性驱动组成的，它们具有良好的机械性，执行速度，精度控制简单等优点。但是这种刚性机器人的灵活度有限，无法适应目前越来越复杂的工况，这也使刚性机器人只能在特定的生产车间、实验室等简单的工作环境下执行预先设定的任务，而在一些复杂的、狭小多变的环境下则很难应用。如需要随时进行人机交互的环境下，刚性机器人就很难保证用户的人身安全。而根据仿生学设计的变刚度柔性驱动机器人就能很好在这种复杂多变的环境下工作。

目前，柔性驱动变刚度驱动器大多以气动，液压为主，该类驱动器需要配套的空气或者液体流通的管道，通过外部提供的气体或者液体驱动机器人关节动作。这种驱动形式受辅助机构的影响，驱动器通常设计的很大，而且需要做好防漏措施，不适合应用于需要人机交互的环境。

目前也有高校采用形状记忆合金丝(SMA)作为柔性机器人的驱动器，但受形状记忆合金丝收缩率小的限制，很难实现柔性关节的大范围动作，因此迫切需要找出一种新的柔性机器人关节的驱动器，来弥补上述驱动方式的不足。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种变刚度服务机器人关节，采用以形状记忆合金弹簧作为柔性关节的驱动单元，形状记忆合金弹簧具有驱动方式简单，体积小，输出功率大，行程范围大等优点，实现了柔性关节的拮抗驱动，很好地实现了柔性关节的变刚度特征，为了保证该柔性关节在指定位置的刚度，采用了位置信息采集单元和驱动力采集单元来获得该变刚关节系统的实时刚度，并通过负反馈系统保证该柔性关节刚度的精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变刚度服务机器人关节，包括基座、驱动单元、位置信息采集单元、旋转关节单元与驱动力采集单元，位置信息采集单元与旋转关节单元上端同轴连接，位置信息采集单元与旋转关节单元下端分别固定于基座上，驱动力采集单元固定于旋转关节单元上，驱动单元一端连接于旋转关节单元上，另一端连接于驱动力采集单元上。

进一步而言，所述驱动单元包括形状记忆合金弹簧、可调数字电源、电压控制模块与控制器，形状记忆合金弹簧一端通过接线端子连接于旋转关节单元上，另一端通过接线端子连接于驱动力采集单元上。

进一步而言，所述位置信息采集单元包括支撑柱、编码器座、编码器与弹性联轴器，编码器固定于编码器座上，编码器座侧部连接于弹性联轴器，编码器座底部连接于支撑柱，支撑柱固定于基座上。

进一步而言，所述编码器采用1000线的数字旋转编码器。

进一步而言，所述旋转关节单元包括传动轴一、连杆一、传动轴二、深沟球轴承与连杆二，传动轴一的一端与位置信息采集单元的弹性联轴器同轴连接，另一端与传动轴二连接，传动轴二设于深沟球轴承内，连杆一铰接于深沟球轴承上，深沟球轴承固定于连杆二上，连杆二固定于基座上。

进一步而言，所述驱动力采集单元包括连接板、压力传感器安装板、压力传感器与输入端采集连接板，连接板与压力传感器安装板对应设置，并固定于旋转关节单元的连杆二上，压力传感器一端安装于压力传感器安装板上，另一端安装有输入端采集连接板，输入端采集连接板通过多条形状记忆合金弹簧连接于旋转关节单元的连杆一上。

进一步而言，所述压力传感器采用应变式压力传感器。

本发明有益效果：

本发明采用以形状记忆合金弹簧作为柔性关节的驱动单元，形状记忆合金弹簧具有驱动方式简单，体积小，输出功率大，行程范围大等优点，实现了柔性关节的拮抗驱动，很好地实现了柔性关节的变刚度特征，为了保证该柔性关节在指定位置的刚度，采用了位置信息采集单元和驱动力采集单元来获得该变刚关节系统的实时刚度，并通过负反馈系统保证该柔性关节刚度的精度。

附图说明

图1是本发明整体结构立体图；

图2是本发明整体结构平面图；

图3是图2侧面结构图；

图4是位置信息采集单元与旋转关节单元示意图；

图5是驱动力采集单元示意图。