[发明专利]一种机器人肩关节

说明书

本发明公开了一种机器人肩关节，包括第一肩关节、第二肩关节、大臂，其关节连接处设有串联弹性机构，它包括连接固定装置的内层法兰以及固定在内层法兰上的外层法兰，中层法兰设置于内层法兰与外层法兰之间，并通过滚珠轴承与外层法兰转动连接，并且内层法兰、中层法兰、外层法兰在圆盘周面上的对应位置设有空腔，空腔内设有弹簧，弹簧固定在外层法兰的空腔内。本发明控制简单，安装方便，成本低廉，功能强大，既可以作为模块安装在服务机器人上又可以很好地作为教学研究开发应用。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种机器人肩关节。

背景技术

众所周知；在日常生活中，随着服务机器人的蓬勃发展，实现机器人关节的柔顺性，使机器人能够对人机之间的碰撞进行有效的检测，对于服务机器人，协作机器人有着重大的意义，并且机器人肩关节作为人形机器人设计的难点之一。

早期机器人肩关节通常采用串联结构，存在结构复杂，惯性大等弊端；然而，为了克服这些缺点，许多研究人员了把目光转向了三自由度转动的并联机构，如3-RRR，3-UPU，3-RUU等，上述并联机构也同样存在着一些问题，如：改为工作空间小，奇异位型较多，不能很好的进行人机协作。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的结构复杂，惯性大的缺陷，提供一种带有串联弹性机构及角度传感器的机器人肩关节。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：本机器人肩关节包括第一肩关节、第二肩关节、大臂，第一肩关节与第二肩关节之间、第二肩关节中第二肩壳与第二连接装置转动连接处、大臂壳末端与第四连接装置转动连接处都采用串联弹性机构，所述的串联弹性机构包括连接固定装置的内层法兰以及固定在内层法兰上的外层法兰，中层法兰设置于内层法兰与外层法兰之间，并通过滚珠轴承与外层法兰转动连接，并且内层法兰、中层法兰、外层法兰在圆盘周面上的对应位置设有空腔，空腔内设有弹簧，弹簧固定在外层法兰的空腔内。

优选地，所述的第一肩关节包括第一肩壳，第一舵机固定在第一肩壳内，第一舵机的输出法兰盘与串联弹性机构的中层法兰相连，第一连接装置包裹着串联弹性机构并与串联弹性机构的外层法兰相连，霍尔传感器固定安装于第一连接装置上，所述第一舵机法兰盘轴心方向与第一肩关节的轴线方向一致。

所述的第二肩关节包括与第一连接装置相连的第二肩壳，第二肩壳内设有第二舵机，第二舵机的输出轴心与第一舵机的输出轴心垂直，第二舵机的输出法兰盘连接一个串联弹性机构，并与其中层法兰相连，第二连接装置包裹着串联弹性机构并与串联弹性机构的外层法兰固定相连，第二连接装置和第三连接装置固定相连，霍尔传感器安装于第二连接装置一端外侧。

所述大臂包括大臂壳，大臂壳与第三连接装置固定相连，大臂壳里固定有第三舵机，第三舵机的输出法兰与串联弹性机构的中层法兰相连，第四连接装置包裹着串联弹性机构并与串联弹性机构的外层法兰固定相连，霍尔传感器固定安装于第四连接装置内；所述第三舵机的输出法兰盘的轴心方向与大臂壳的轴心方向一致并垂直于第二舵机的输出法兰的轴心方向。

优选地，所述的弹簧的原长大于空腔的周向长度。

优选地，所述的机器人肩关节还包含控制板，所述的控制板以RS-485的通讯方式和上位机进行通讯以获取各关节的角度，速度等信息。

优选地，所述的内层法兰在与输出轴连接处设置有滚针轴承，所述滚针轴承的内圈配合连接于中层法兰的周面上。

优选地，所述的内层法兰和外层法兰固定连接处设有安装霍尔传感器和外部负载的固定槽。

优选地，所述的中层法兰在轴向上设有放置定位磁铁的定位槽，定位磁铁能与所述霍尔传感器配合测量中层法兰和固定连接的内层法兰及外层法兰之间发生相对旋转的转角。

优选地，所述的霍尔角度传感器采用菊花链形式分别与第一连接装置、第二连接装置以及第四连接装置相连。