[發明專利]機器人關節的磁致超柔性驅動器

有效

• 申請號: 201510018255.5
• 申請日: 2015-01-14
• 公開（公告）號: CN104552331A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 蔡世波;錢振;李昆;顏俊民;夏罕彪;姚鵬飛;胥芳;張立彬
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤其是一種機器人關節的驅動器。

背景技術

隨著機器人技術的日漸發展，以及各類產業政策的大力推動，機械臂在工農業生產加工、醫療康復、家庭服務、教育科研等領域已經得到了較為廣泛的應用，已經在一定程度上減輕了人類的勞動強度，使得人類已經或者可以遠離一些危險、極端的作業環境，機械臂作為人類不可或缺的助手，將在眾多領域發揮越來越大的作用。

伴隨著機械臂應用范圍的不斷擴大，科研工作者們已經不僅僅將目光停留在勞動強度大、作業環境差等應用場合了，普遍開始關注一些新的應用需求。比如，科研工作者們已經在思考或探索如何讓一臺機械臂走出鐵絲網圍成的籠子，能夠與人近距離密切配合共同完成一項復雜的裝配工作，從而讓機械臂不僅僅扮演助手的角色，還能扮演伙伴的角色，這對機械臂的安全性提出了更高的要求。同樣對其安全性有更高要求的一些未來的可能應用還包括人體健康理療、家庭生活服務、助幼助老助殘、果蔬采摘揀選包裝、人機交互與娛樂等等。

以減速機等剛性傳動部件為基礎的機械臂轉動關節在剛性、精確度、穩定性等方面具有明顯優勢；以鋼絲、齒輪等剛性傳動部件為基礎的機器人仿人靈巧手指關節同樣在剛性、精確度和靈巧性等方面表現良好。科研工作者們為彌補剛性傳動關節給機械臂和機器人仿人靈巧手帶來的安全性的不足，做了大量的工作并取得了成功，其實現策略大體上都是采用末端力反饋并配合智能算法的方式，可稱之為主動柔性。另一類研究成果如基于氣動柔性驅動器的機器人仿人靈巧手，可通過調整氣壓來任意改變指關節的剛度，使之能充分保障被接觸對象的安全及其本體安全，可稱之為被動柔性，但是卻帶來了剛性不足的問題。現有的機器人關節無法同時兼顧主動柔性、被動柔性、剛性的需求，從而在本質安全性方面有一定欠缺。

發明內容

為了克服已有機器人關節的無法兼顧主動柔性、被動柔性和傳動剛性，從而導致安全性較低的不足，本發明提供一種能夠實現同時兼有主動柔性、被動柔性和傳動剛性，且安全性較高的機器人關節磁致超柔性驅動器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種機器人關節的磁致超柔性驅動器，包括主動轉子、從動轉子和轉子保護罩，驅動電機的輸出軸與所述主動轉子的主動軸連接，所述從動轉子與所述主動轉子相互嵌入式裝配且相互之間設有轉動間隙，所述轉動間隙的敞口處設有動密封件，所述動密封件和轉動間隙形成供磁流變液填充的密封腔體，所述從動轉子和主動轉子均位于轉子保護罩內，所述轉子保護罩上安裝用以改變密封腔體內磁場強度的電磁線圈，所述從動轉子的從動軸與執行機構的下端連接。

進一步，所述主動轉子上開有供所述從動轉子插裝的安裝腔，所述從動轉子的插裝段的截面呈齒形，所述安裝腔的內壁開有與所述齒形匹配的齒形缺口，所述安裝腔的開口與所述插裝段之間設有所述動密封件。該方式屬于優選的一種方案，當然，只要所述從動轉子與所述主動轉子相互嵌入式裝配且相互之間設有轉動間隙，也可以采用其他實現方式。

本發明的技術構思為：磁流變液是一種在磁場環境中具有相變特性的智能材料，當磁場強度為零時表現為液態，當磁場強度足夠大時轉變為凝固態，相變過程可控、可逆、時間短。本專利定義的基于磁流變液的磁致超柔性驅動器可以作為超柔性機器人關節的主要傳動裝置，使該關節在運動過程中能夠實現同時滿足傳動剛性、主動柔性與被動柔性的需求，適用于開發具有本質安全性的機械臂或機器人仿人靈巧手產品

本發明的有益效果主要表現在：通過施加前桿受力的反饋控制，能夠使所述的超柔性機器人關節兼有主動柔性、被動柔性和傳動剛性，從而具有較高的安全性。

附圖說明

圖1是主動轉子的示意圖。

圖2是從動轉子的示意圖。

圖3是超柔性機器人關節的伸直狀態示意圖。

圖4是超柔性機器人關節的彎曲狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

參照圖1～圖4，一種機器人關節的磁致超柔性驅動器，包括主動轉子3、從動轉子4和轉子保護罩5，驅動電機的輸出軸與所述主動轉子3的主動軸6連接，所述從動轉子4與所述主動轉子3相互嵌入式裝配且相互之間設有轉動間隙，所述轉動間隙的敞口處設有動密封件，所述動密封件和轉動間隙形成供磁流變液7填充的密封腔體，所述從動轉子4和主動轉子3均位于轉子保護罩5內，所述轉子保護罩5上安裝用以改變密封腔體內磁場強度的電磁線圈8，所述從動轉子4的從動軸9與執行機構的下端連接，所述執行機構的上端與所述前桿1連接。