[發(fā)明專利]一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和確定一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)零位的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210251461.7
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN102744731A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃遠燦;李健;李方興;冉崇建;李國棟
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 桑傳標;董彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，具體地，設(shè)計一種用于機器人的一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和該一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的控制方法。

背景技術(shù)

“一體化關(guān)節(jié)設(shè)計”是機器人技術(shù)發(fā)展的一個新方向，是設(shè)計和建立機器人系統(tǒng)的一種現(xiàn)代方法。隨著機器人的種類和復(fù)雜性的日益增加，對關(guān)節(jié)一體化研究提高了機器人結(jié)構(gòu)的通用性、可重用性和可靠性，具有較高的使用價值和應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的一體化關(guān)節(jié)包括驅(qū)動電機、控制器、減速器、編碼器和制動器，不能測量關(guān)節(jié)的輸出力矩，由此類一體化關(guān)節(jié)構(gòu)建的機器人很難實現(xiàn)高精度的力控制和與環(huán)境的穩(wěn)定接觸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和該一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的控制方法，該一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中具有力覺測量的功能。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，提供一種一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，該一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括殼體、設(shè)置在該殼體內(nèi)的關(guān)節(jié)主體、關(guān)節(jié)輸出軸和控制器，所述關(guān)節(jié)主體包括電機和與該電機相連的減速器，該減速器的減速器輸出軸與所述關(guān)節(jié)輸出軸相連，所述電機與所述控制器電連接，其中，所述關(guān)節(jié)主體還包括力矩傳遞傳感裝置，該力矩傳遞傳感裝置連接在所述減速器和所述關(guān)節(jié)輸出軸之間，以將所述減速器輸出的力矩傳遞給所述關(guān)節(jié)輸出軸并測量該關(guān)節(jié)輸出軸輸出的力矩。

優(yōu)選地，所述力矩傳遞傳感裝置包括彈性模塊單元和彈性形變測量單元，所述彈性模塊單元包括輸入件、輸出塊和連接所述輸入件和所述輸出塊的彈簧，所述減速器與所述輸入件相連，所述輸出塊與所述彈性形變測量單元連接，且所述輸出塊與所述關(guān)節(jié)輸出軸連接。

優(yōu)選地，所述輸入件包括底壁和環(huán)繞該底壁設(shè)置的側(cè)壁，所述減速器輸出軸與所述底壁相連，所述彈簧設(shè)置在所述側(cè)壁上，以使所述輸出塊位于所述側(cè)壁和所述底壁圍成的空間內(nèi)。

優(yōu)選地，所述輸入件的側(cè)壁上設(shè)置有多個連接塊，該多個連接塊沿所述輸入件的周向均勻分布，所述輸出塊包括多個輸出輻，該多個輸出輻沿所述輸入件的周向均勻分布，且每個所述輸出輻位于相鄰兩個所述連接塊之間，所述彈簧連接相鄰的所述輸出輻和所述連接塊。

優(yōu)選地，所述減速器為諧波減速器，該諧波減速器包括杯形柔輪，該杯形柔輪固定在所述減速器輸出軸上，該減速器輸出軸與所述輸入件的所述底壁相連。

優(yōu)選地，所述輸入件的所述底壁上設(shè)置有第一通孔，所述輸出塊的中部設(shè)置有與所述第一通孔同軸的第二通孔，所述減速器輸出軸穿過所述第一通孔，并通過軸承支撐在所述第二通孔中。

優(yōu)選地，彈性形變測量單元為增量式編碼器，該彈性形變測量單元包括第一基座、第一碼盤、第一電路板以及設(shè)置在該第一電路板上的第一發(fā)射器，所述第一碼盤設(shè)置在所述第一基座內(nèi)部，所述第一基座與所述輸出塊相連，所述第一碼盤與所述減速器輸出軸相連，且所述第一電路板與所述控制器電連接，所述第一發(fā)射器設(shè)置在所述第一基座上，且所述第一發(fā)射器與所述第一碼盤上Z脈沖信號的位置相鄰。

優(yōu)選地，該一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)還包括與所述減速器輸出軸連接的減速器角度測量單元，該減速器角度測量單元與所述控制器電連接。

優(yōu)選地，所述減速器角度測量單元為增量式編碼器，該減速器角度測量單元包括第二基座、第二碼盤、第二電路板和設(shè)置在該第二電路板上的第二發(fā)射器，所述第二碼盤設(shè)置在所述第二基座內(nèi)部，且所述第二基座與所述殼體相連，所述第二碼盤與所述減速器輸出軸相連，所述第二發(fā)射器設(shè)置在所述基座上。

優(yōu)選地，所述電機為無框無刷電機，所述電機的中心軸內(nèi)形成有沿該中心軸延伸的第一中心孔，所述減速器輸出軸的一部分穿過所述第一中心孔延伸至所述殼體外部，所述減速器角度測量單元設(shè)置在所述減速器輸出軸位于所述殼體外部的部分上。

優(yōu)選地，所述減速器輸出軸包括同軸連接的第一減速器輸出軸和第二減速器輸出軸，所述第一減速器輸出軸穿過所述第一中心孔，所述第二減速器輸出軸與所述輸入件相連。

優(yōu)選地，所述第一減速器輸出軸內(nèi)形成有沿該第一減速器輸出軸的軸向延伸的第二中心孔，所述彈性形變測量單元的電源線與數(shù)據(jù)線穿過所述第二中心孔與所述控制器電連接。

優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)主體還包括安裝板，該安裝板設(shè)置在所述第二減速器輸出軸上，該安裝板的一個端面與所述輸出塊相連，所述彈性形變測量單元和所述輸出軸均與所述安裝板的另一個端面相連。