[發明專利]關節機構及其控制方法、多臂裝置和機器人

有效

• 申請號: 201710983085.3
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107553481B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 李偉民;黃天祥
• 申請（專利權）人: 廣東奧馬迪機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/14
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 劉華聯

本發明提供了一種關節機構(100)，包括：具有樞軸(41)的基座(4)；搖臂(1)，所述搖臂的第一端(11)安裝在所述樞軸上；安裝在所述樞軸上并用于接受來自驅動源的動力的第一驅動件(2)和第二驅動件(3)，所述第一驅動件和第二驅動件分別通過磁流變液與所述搖臂相互作用；以及第一電磁組件(22)和第二電磁組件(32)，所述第一電磁組件和第二電磁組件構造成能夠使磁流變液產生應變，由此所述第一驅動件和第二驅動件能夠選擇性地驅動所述搖臂分別沿第一方向和第二方向旋轉，其中，所述第一方向與所述第二方向相反。發明還提供了用于控制該關節機構的方法，以及包含這種關節機構的多臂裝置(200)和機器人。

技術領域

本發明涉及一種關節機構，尤其是一種用于機器人的關節機構，以及一種用于控制該關節機構的方法。本發明還涉及包含這種關節機構的多臂裝置，以及包含這種關節機構或多臂裝置的機器人。

背景技術

機器人在工業領域中已經得到了廣泛的應用。其中，關節型機器人以其工作范圍大、動作靈活、結構緊湊等諸多優點而尤令人關注。機器人的關節通常包括可以旋轉的搖臂，以及用于驅動搖臂旋轉的驅動機構。

在現有的關節型機器人中，機器人的各個關節都是用電機(例如步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機、液壓伺服電機等)來直接驅動。然而，由于電機自身的特性，這種設計會導致機器人的各個關節的搖臂動作慣量大，難以實現高速的往復擺動。

發明內容

本發明旨在提供一種關節機構，其能夠利用磁流變液來實現關節機構的快速的運動狀態變化。本發明還希望提供一種用于控制該關節機構的方法，包含這種關節機構的多臂裝置，以及包含這種關節機構或多臂裝置的機器人。

根據本發明的第一方面，提供了一種關節機構，其包括：具有樞軸的基座；搖臂，所述搖臂的第一端安裝在所述樞軸上；安裝在所述樞軸上并用于接受來自驅動源的動力的第一驅動件和第二驅動件，所述第一驅動件和第二驅動件分別通過磁流變液與所述搖臂相互作用；以及第一電磁組件和第二電磁組件，所述第一電磁組件和第二電磁組件構造成能夠使磁流變液產生應變，由此所述第一驅動件和第二驅動件能夠選擇性地驅動所述搖臂分別沿第一方向和第二方向旋轉，其中，所述第一方向與所述第二方向相反。

磁流變液是將微米尺寸的磁極化顆粒分散于非磁性液體(礦物油、硅油等)中形成的懸浮液。在零磁場情況下，磁流變液表現為流動性能良好的液體，其表觀粘度很小。然而在強磁場作用下，磁流變液的表觀粘度可在短時間(毫秒級)內增加兩個數量級以上，并呈現類固體特性。而且，這種變化是連續的、可逆的，即，去掉磁場后磁流變液又恢復到原來的狀態。由于磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的，而且其流變后的剪切屈服強度與磁場強度具有穩定的對應關系，因此磁流變液是一種用途廣泛、性能優良的智能材料。磁流變液隨著磁場強度的變化而產生粘度變化的過程通常稱為磁流變液的應變。

根據本發明，在關節機構、尤其是用于機器人的關節機構中，驅動件通過磁流變液與搖臂相互作用(即，形成驅動連接關系)，并利用電磁組件所產生的磁場來使磁流變液產生應變。當電磁組件不產生磁場時，磁流變液表現為流動性能良好的液體，在這種情況下，驅動件與搖臂之間不形成驅動連接。也就是說，驅動件無法驅動搖臂旋轉。而當電磁組件產生磁場時，磁流變液發生應變而表現為類固體，在這種情況下，驅動件與搖臂之間就形成了驅動連接。也就是說，驅動件能夠驅動搖臂旋轉。由于電磁組件的通斷可以在很短時間內進行，而磁流變液的響應時間也非常快，因此就可以在很短時間內使得驅動件與搖臂形成驅動連接或斷開驅動連接。因此，通過布置兩個旋轉方向不同的驅動件并根據需要來使一個或兩個驅動件與搖臂形成或不形成驅動連接關系，就能夠使搖臂進行所需的各種運動，以及實現快速的轉向。

在一個實施例中，所述第一驅動件和第二驅動件分別與所述搖臂共同限定了密閉的第一液腔和第二液腔，在所述第一液腔和第二液腔內均填充有磁流變液。