[发明专利]机电一体化被动柔顺控制机器人关节

说明书

本发明涉及一种机电一体化被动柔顺控制机器人关节，属于机器人技术领域。包括驱动系统、传感系统、连接传动系统。所述驱动系统由电机驱动器、电机和谐波减速器组成；所述传感系统由测量弹性体形变的角位移传感器、电机编码器组成；所述旋转弹性体由内圈、外圈、弹性单元组成；所述旋转磁流变阻尼器由阻尼器外壳、非导磁垫圈、导磁垫圈、线圈、阻尼片、输入轴、输出轴及阻尼器端盖组成。本发明高度集成弹性体与磁流变阻尼器物理柔顺性，机器人关节体积小、重量轻，不仅与环境之间具有良好的交互性和安全性，还可以承受外部冲击和扰动，便于各类机器人安装使用，通用性和实用性较强。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，涉及一种使用旋转弹性体与旋转磁流变阻尼器并联而成的机电一体化被动柔顺控制机器人关节。

背景技术

随着人类社会向高度自动化、信息化和机械化方向发展，机器人对人类生活的影响越来越深，机器人一般因其用途的不同被分为工业机器人和服务机器人两大类，无论是工业机器人还是服务业机器人，柔顺、安全的人机交互性显得尤为重要。

目前机器人设计仍采用“电机+减速器+负载”的刚性设计，它们借助安装在关节或执行器末端的力传感器来感知环境的接触信息。这类机械臂尽管可以实现一定的柔顺性，但由于缺乏物理柔顺元件，在受到外部冲击时，对机械臂电机本身和环境都容易造成损伤。考虑到机器人交互性的提高，近年来，越来越多的专家学者关注柔性关节的设计，而串联弹性驱动器作为一种新型的关节驱动器，在机器人领域已经得到了较多的应用，但多数应用机器人关节柔顺性有限、抗冲击能力较差、反应滞后等缺点，同时一些产品结构尺寸大、关节自重量高，很难满足人们正常需求。有些串联弹性驱动器受到重力、摩擦和阻尼等非线性因素的影响，导致控制的精确度和鲁棒性下降，国内外常用的串联弹性驱动器速度控制方法并没有结合串联弹性驱动器自身的结构特点，较大地限制了串联弹性驱动器应用场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机电一体化被动柔顺控制机器人关节，解决了现有技术存在的上述问题。本发明度集成高、结构紧凑、低重量、柔顺性高、阻尼可调。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

机电一体化被动柔顺控制机器人关节，包括驱动系统、传感系统、连接传动系统，所述驱动系统包括电机驱动器1、电机2和谐波减速器3，所述传感系统包括第一角度传感器4、电机编码器5、第二角度传感器6，所述连接传动系统包括输出法兰盘7、左侧关节外壳体8、右侧关节外壳体9、旋转磁流变阻尼器10、旋转弹性体11、第一连接法兰盘12、第二连接法兰盘13、第一圆柱滚子轴承15第二圆柱滚子轴承16；

所述输出法兰盘7与左侧关节外壳体8固定连接，旋转磁流变阻尼器10设置于左侧关节外壳体8内部，并且与输出法兰盘7连接，同时，旋转磁流变阻尼器10另一端与第一连接法兰盘12固定连接，所述第一连接法兰盘12与旋转弹性体11连接；第一角度传感器4安装在第一连接法兰盘12与旋转弹性体11之间，所述旋转弹性体11与第二连接法兰盘13连接，所述第二连接法兰盘13内圈与谐波减速器3的柔轮3-2连接，第二角度传感器6安装在第二连接法兰盘13与旋转弹性体11之间；电机2的电机中心轴固定在电机转子上，电机中心轴左端固定设置在谐波减速器3的波发生器3-3上，所述谐波减速器3通过刚轮3-1固定安装在电机壳体上，电机中心轴右端与电机编码器5的电机编码器转子5-2固定套装，所述电机编码器转子5-2与电机编码器定子5-3相配合，所述电机编码器定子5-3固定在电机编码器支座5-1上，所述电机编码器支座5-1固定安装在电机壳体上；电机驱动器1固定设置在右侧关节外壳体9上，所述右侧关节外壳体9与关节右端盖14固定连接。

所述的旋转弹性体11由内圈11-1、外圈11-2、弹性单元11-3组成；所述内圈11-1与外圈11-2同轴心，所述弹性单元11-3固定在内圈11-1与外圈11-2之间；三组弹性单元沿着内圈11-1的圆周均匀分布，所述内圈11-1与第一连接法兰盘12连接，所述外圈11-2与第二连接法兰盘13连接。