[发明专利]机械臂、关节机构及关节机构控制方法

说明书

本发明公开了一种机械臂、关节机构及关节机构控制方法，关节机构包括关节转子、关节定子、柔性连接件、刚性连接件及驱动装置，所述柔性连接件连接所述关节定子与所述关节转子，通过所述柔性连接件连接的所述关节定子与所述关节转子能够在外力作用下相对转动；所述刚性连接件能够在第一工位与第二工位之间切换；所述第一工位，所述刚性连接件连接所述关节转子与所述关节定子；所述第二工位，所述刚性连接件至少与所述关节转子及所述关节定子中的一个未连接；所述驱动装置能够驱动所述刚性连接件在所述第一工位与所述第二工位之间切换。本发明公开的关节机构，降低了非预期动态物理碰撞的后果，提高了机械臂执行操作的精确度。

技术领域

本发明涉及机械臂关节机构。技术领域，尤其涉及一种机械臂、关节机构及关节机构控制方法。

背景技术

协作机械臂在生产活动中与人类享有共用工作空间。第一区域为机器人独立操作空间，第二区域为人机协同工作空间。这种工作模式在提升人类工作效率的同时，也提升了人与机械臂在协同工作过程中人类收到伤害的风险。为了降低这种风险，传统协作机械臂采用的解决方案根据其性质与场景，可被分为以下几类。

第一种解决方案为：采用增加接触表面积(外形采用圆边、圆角与光滑平面)，限制协作机械臂质量等方式。但是，这些方法均属于被动保护，且降低协作安全风险的效果非常有限。此外，限制协作机械臂质量也将导致机械臂在性能上做出牺牲。

第二种解决方法为：静态碰撞时，协作机械臂可通过使用刹车装置，使机器人在无驱动源(例如断电)的情况下处于抱闸锁死状态，从而防止协作机械臂在发生非预期的静态物理碰撞时发生移动而造成伤害。但是，在动态碰撞情境下，机械臂刹车装置处于松开状态，从而使得其无法防止非预期动态物理碰撞的发生，也无法降低非预期动态物理碰撞所造成的后果。

第三种解决方法为：针对动态碰撞情境，一些机械臂采用柔性关节设计，通过降低每个关节的刚度来降低非预期动态物理碰撞的后果。但是，若大幅度降低关节刚度，虽然可以减轻非预期物理碰撞的后果，但也会导致关节精度大幅度下降，使得机械臂无法准确执行控制器所发出的指令。而如果小幅度降低关节刚度，则对减轻物理碰撞后果的幅度将不明显。

发明内容

针对上述问题和现有解决方案的缺陷，可以发现目前缺少一种针对动态非预期碰撞场景下，在不牺牲机械臂性能的同时可以减轻碰撞风险，保护人机协作时人类安全的主动方法。

有鉴于此，本发明提供了一种关节机构，以降低非预期动态物理碰撞的后果，提高机械臂执行操作的精确度。本发明还提供了一种机械臂及关节机构控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种关节机构，包括：

关节转子；

关节定子；

柔性连接件，所述柔性连接件连接所述关节定子与所述关节转子，通过所述柔性连接件连接的所述关节定子与所述关节转子能够在外力作用下相对转动；

刚性连接件，所述刚性连接件能够在第一工位与第二工位之间切换；所述第一工位，所述刚性连接件连接所述关节转子与所述关节定子；所述第二工位，所述刚性连接件至少与所述关节转子及所述关节定子中的一个未连接；

驱动装置，所述驱动装置能够驱动所述刚性连接件在所述第一工位与所述第二工位之间切换。

可选地，上述关节机构中，所述刚性连接件能够沿所述关节转子与所述关节定子的径向方向移动，所述关节转子具有第一移动通道，所述关节定子具有第二移动通道；

在所述关节定子与所述关节转子通过所述柔性连接件复位的状态下，所述第一移动通道与所述第二移动通道对齐形成供所述刚性连接件通过的移动通道；