[發明專利]扭矩反饋關節

有效

• 申請號: 202010711812.2
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111844120B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉華欣;黃強;孫建巍;祖汪明;陳學超;張雨文;左昱昱
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 李林

本發明提供一種扭矩反饋關節，包括電機外殼，電機外殼中的電機驅動輸入軸旋轉；所述輸入軸通過減速器驅動一殼體旋轉；在所述殼體外套設有一大跨距薄壁形變單元，所述大跨距薄壁形變單元的近端與所述殼體的遠端固定連接，所述大跨距薄壁形變單元的遠端與所述殼體的近端之間設有無間隙滑動支撐，所述大跨距薄壁形變單元的遠端還連接有關節輸出；在所述大跨距薄壁形變單元的周側面上粘貼有應變片，用于測量所述大跨距薄壁形變單元承受的扭矩。本發明采用帶力敏結構的大跨距薄壁形變單元，可通過微小結構形變靈敏檢測輸出扭矩；應變信號采集容易，力矩信號穩定。

技術領域

本發明涉及一種智能機器人的一體化關節，特別涉及一體化關節的扭矩反饋測量結構。

背景技術

腿足機器人不同于一般的仿生機器人，其具有靈巧和敏捷的運動特性，能夠在非結構化的環境中穩定行走，代替人類完成危險作業，在軍事、反恐防爆、太空探索、搶險救災等方面有著廣闊的應用前景。

關節模塊作為腿足機器人的核心，極大的影響整個系統的性能，成為衡量和制約機器人水平的核心因素。傳統的機器人關節通過串聯扭矩傳感器測量關節扭矩，不僅體積大質量重，而且由于存在多維力耦合，扭矩測量結果不夠準確。與此相比，具有扭矩反饋功能的機器人一體化關節模塊，可以提高空間利用率，增加扭矩測量的準確性，改善機器人動作的控制精度，從而提高機器人的靈活性和敏捷性，使其具有更優越的環境適應能力。

中國發明專利“具有力矩感知功能的諧波減速器”(專利號：CN103486225A)未采用傳統的扭矩傳感器，提出了一種直接利用諧波減速器柔輪的柔性特點并在上面貼應變片來測量扭矩的方法，此方法通過動、靜導電環傳輸電力和信號，結構復雜，信號不穩定。

中國專利“一種機器人關節”(專利號：CN107175686A)也是將應變片固定連接在柔輪表面，并通過導線直接連接到柔輪內部的電路板上。雖然避免了電力和信號傳輸對測量系統的影響，但這種將應變片和應變檢測電路板置于裝滿大量油脂的諧波減速器封閉腔內，不僅結構復雜，系統可靠性低，也不方便調試和維護。

發明內容

本發明的目的是提出一種扭矩反饋關節，提高空間利用率，并可以精確檢測關節輸出端扭矩。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種扭矩反饋關節，其特征在于：包括電機外殼，電機外殼中的電機驅動輸入軸旋轉；所述輸入軸通過減速器驅動一殼體旋轉；

在所述殼體外套設有一大跨距薄壁形變單元，所述大跨距薄壁形變單元的近端與所述殼體固定連接，遠端與所述殼體之間形成無間隙滑動支撐，所述大跨距薄壁形變單元的遠端連接有關節輸出；

在所述大跨距薄壁形變單元的周側面上粘貼有應變片，用于測量所述大跨距薄壁形變單元承受的扭矩。

所述的扭矩反饋關節，其中：所述輸入軸與所述減速器的減速器輸入形成動力連接，所述減速器固定端與電機前端法蘭固定連接，所述減速器的減速器輸出與所述殼體的近端相接，所述殼體向后延伸并罩覆在所述電機外殼外側。

所述的扭矩反饋關節，其中：所述大跨距薄壁形變單元的近端與所述殼體的遠端固定連接，所述大跨距薄壁形變單元的遠端與所述殼體的近端之間形成所述無間隙滑動支撐，所述大跨距薄壁形變單元的遠端連接有所述關節輸出。

所述的扭矩反饋關節，其中：所述殼體通過具有間隔的關節主軸承以及關節輔助軸承與電機外殼可轉動地連接。

所述的扭矩反饋關節，其中：所述輸入軸為中空結構并在其內部穿設有中空過線管，所述中空過線管的前端與后端分別由過線支撐軸承與過線固定支架形成支撐，過線固定支架通過電機尾法蘭固定在關節固定法蘭上，電源線和信號線能夠通過過線固定支架在中空過線管的內部走線。

所述的扭矩反饋關節，其中：在輸入軸與電機尾法蘭之間設置有高精度碼盤，用于計算輸入軸的轉角。