[發明專利]一種剛度可調的通用模塊、機械臂及工作方法

有效

• 申請號: 201610654675.7
• 申請日: 2016-08-11
• 公開（公告）號: CN106078793B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 胡斌;陳桂生;龔建球;李樂超;譚榮兵;孫策
• 申請（專利權）人: 湖南瑞森可機器人科技有限公司
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J18/00;B25J9/08
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 馬強,李發軍

技術領域

本發明涉及一種剛度可調的通用模塊、機械臂及工作方法，屬于機器人領域。

背景技術

協作機器人克服了傳統工業機器人的弊端，擴展了自動化的適應領域，將這些無防護籠的機器人從護網中解放出來，讓它們更容易安裝和使用，并日益普及。

目前，協作機器人對于安全性方面的設計主要從如下兩個方面著手：

第一種是采用傳感器與系統控制相配合，機器人外部采用軟性材料包裹，當操作人員與機器人碰撞時通過感應與控制實現減速或停止。這種方案傳感器及控制系統工作穩定性沒有得到有效的保證，鑒于此很多廠家采取了多重傳感器，但這勢必增加成本。

另一種采用的是串聯彈性元器件實現的，將彈性元器件串聯在運動鏈中，當碰撞發生時，機器人會停止或減速移動以保障人員安全的功能，如中國專利公開號CN104245247A中描述的，串聯式彈性元件為彈簧鋼材質，具有兩個末端，其中一個與齒輪傳動機構輸出軸連接，另一個與機械手臂連接，用于將力/扭矩從馬達傳遞至彎曲關節輸出機構，實現關節運動。這種方案考慮到了機器人的安全性，但是將彈性元器件直接串聯在傳動鏈中，后續運動補償針對非線性模型及動、勢能的轉換很難做到精準，直接導致機器人的精度不夠。

發明內容

本發明旨在提供一種剛度可調的通用模塊、機械臂及工作方法，該通用模塊能靈活運動，且可以實現剛柔性的轉換，精度高、安全性好。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種剛度可調的通用模塊，其結構特點是，包括第一轉盤、中間轉盤和第二轉盤；所述第一轉盤與中間轉盤之間設有第一吸合組件和第一復位元件，所述中間轉盤與第二轉盤之間設有第二吸合組件和第二復位元件；所述第一復位元件和第二復位元件的復位方向相反而使第一轉盤、中間轉盤和第二轉盤之間形成剛柔配合的動力傳遞機構。

由此，所述第一吸合組件在正常狀態下將第一轉盤和中間轉盤吸合形成剛性連接，在被撞擊的非正常正常狀態下第一轉盤和中間轉盤分離，形成傳遞柔性連接，所述第二吸合組件在正常狀態下將第二轉盤和中間轉盤吸合形成剛性連接，在被撞擊的非正常正常狀態下第二轉盤和中間轉盤分離，形成傳遞柔性連接。

本發明配套復位元件和相應的吸合組件的組合使用保證扭轉平面內順、逆時針兩個方向均能靈活運動，同時，通過復位元件的扭轉力與吸合組件的不同狀態組合實現剛柔性的轉換。

根據本發明的實施例，還可以對本發明作進一步的優化，以下為優化后形成的技術方案：

根據本發明的實施例，所述第一轉盤朝向中間轉盤的端面上設有第一磁鐵安裝塊，所述第二轉盤朝向中間轉盤的端面上設有第四磁鐵安裝塊，所述中間轉盤的兩個端面上設有分別與所述第一磁鐵安裝塊配合吸合的第二磁鐵安裝塊和與所述第四磁鐵安裝塊配合吸合的第三磁鐵安裝塊；所述第一磁鐵安裝塊和第二磁鐵安裝塊形成第一吸合組件，所述第三磁鐵安裝塊和第四磁鐵安裝塊形成第二吸合組件；優選所述第一磁鐵安裝塊、第二磁鐵安裝塊、第三磁鐵安裝塊和第四磁鐵安裝塊內安裝有電磁鐵而形成相應的電磁鐵安裝塊；更優選所述電磁鐵安裝塊的磁力大小可調。

所述第一轉盤、第一復位元件、中間轉盤、第二復位元件和第二轉盤通過連接軸相連；所述第一復位元件用于將因外力分離的第一磁鐵安裝塊與第二磁鐵安裝塊復位吸合在一起，所述第二復位元件用于將因外力分離的第三磁鐵安裝塊與第四磁鐵安裝塊復位吸合在一起。

優選地，參照說明書附圖圖1，所述第二磁鐵安裝塊和第三磁鐵安裝塊呈180°對稱分布在中間轉盤的兩個側上。

為了保證通用模塊在收到外力碰撞時達到一開一合的效果，所述第一復位元件和第二復位元件均為扭簧，且兩個扭簧設置的允許扭轉方向相反。由此，兩個扭簧分別對兩個磁鐵安裝塊從外側面進行夾緊。

所述扭簧通過連接軸套裝在所述連接軸上，所述第一轉盤、中間轉盤和第二轉盤均通過相應的滾動軸承裝在所述連接軸上。

基于同一個發明構思，本發明還提供了一種機械臂，其包括底座，依次串聯在所述底座上的多個節臂組件，多個節臂組件中的至少一個節臂組件內裝有至少一個所述的剛度可調的通用模塊。換句話說，通用模塊可以只裝于一個節臂組件內，也可以多個節臂組件內都安裝。

由此，機械臂也具有剛柔性轉換的功能，提高了機械臂的定位精度，保證了機械臂的安全性。