[發明專利]一種用于機器人的一體化柔性關節

在審

• 申請號: 202110293479.2
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113070901A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李兵;寧英豪;劉一帆;黃海林;徐文福
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 朱本利

本發明提供了一種用于機器人的一體化柔性關節，包括外殼體、輸入機構和輸出機構，輸入機構包括主傳遞軸、無框力矩電機、諧波減速器和連接法蘭，無框力矩電機的定子設置于外殼體上，主傳遞軸設置于無框力矩電機的轉子中，諧波減速器的輸入部分與主傳遞軸連接，連接法蘭設置于諧波減速器的輸出部分；輸出機構包括輸入構件、輸出構件、支架桿、彈簧和連接座，輸入構件連接在連接法蘭上，輸出構件通過交叉滾子軸承設置于外殼體上，連接座設置于輸出構件上，支架桿的一端支撐在連接座上，彈簧套設于支架桿上，其中轉動的輸入構件能夠通過彈簧將扭矩傳遞給輸出構件。本發明能夠同時滿足大扭矩輸出和較好的柔順性能，有助于機器人關節的一體化設計。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及一種用于機器人的一體化柔性關節。

背景技術

在機器人與周圍環境進行交互作業時，柔順性能是機器人的一個重要指標，它可保護機器人及周圍環境免受損害，在機器人關節中增加柔性模塊，是提高機器人柔順性能的一種方式。

在設計含柔性模塊的機器人關節時，在保證扭矩需求的同時，盡可能使得關節的結構緊湊。目前，含柔性模塊的機器人關節已經有較多的成果，但是如何同時保證機器人關節具有較大扭矩和緊湊的結構，仍然是亟待解決的難題。由于機器人關節內部存在柔性模塊，需要采用額外的編碼器來檢測內部彈性元件的變形程度，編碼器種類的選取及布置方式直接約束著機器人關節的結構緊湊性；此外，彈性元件的選取及布置方式，也是影響關節結構緊湊性的重要因素。

機器人關節往往需要內部中空結構，方便電線從關節內部穿過，使關節更加美觀、一體化。許多已有的含柔性模塊的機器人關節，采用直流電機與行星減速器一體化結構，或者無中空結構的直流電機和諧波減速器組合的方式，雖然該類電機往往末端自帶編碼器，但是無法實現中空走線，不利于機器人關節一體化設計。此外，在該類結構中，用于檢測柔性模塊變形的編碼器，需要單獨設計，增加了關節的整體尺寸。

無框力矩電機和帶中空結構的諧波減速器的組合，可使得機器人關節輸出較大的扭矩，具有較高的功率密度，同時仍然可以實現中空走線結構，有助于機器人關節一體化設計。此外，機器人關節的中空結構，也可使得檢測柔性模塊變形的編碼器放置在無框力矩電機端，大大增強了結構的緊湊性。如何將無框力矩電機、諧波減速器和柔性模塊組合成一體化機器人關節，使關節具有大輸出扭矩和柔順性能，同時具有中空結構方便電線通過，實現一體化設計，是設計機器人關節的一個發展方向。

中國專利201611059925.9公開了一種用于柔順關節的雙層平面扭簧，該雙層平面扭簧包括第一平面扭簧、第二平面扭簧、花鍵軸、中間墊圈和輸出件組成；第一平面扭簧和第二平面扭簧的外環相對端之間設置中間墊圈；花鍵軸與第一平面扭簧和第二平面扭簧的花鍵孔均連接。上述現有技術中的關節沒有體現無框力矩電機、減速器及編碼器的安裝方式，此外，該種結構無法實現中空走線，不利于機器人關節的一體化設計。

中國專利201910868465.1公布了一種基于對裝平面扭簧的柔順關節，該關節包括固定殼體、輸出殼體、軸和與軸相連的旋轉裝置；軸位于輸出殼體的回轉中心，其通過轉動體二連接至輸出殼體。上述現有技術中的關節沒有中空結構，無法實現電線內部穿過，不利于機器人關節的一體化設計。此外，該種結構不利于編碼器的安裝，會增大整體結構尺寸，不利于結構的緊湊性。

現有技術中的含柔性模塊的機器人關節，難以使關節同時滿足大扭矩輸出、較好的柔順性能和中空走線結構，不利于機器人關節的一體化設計，基于此，本申請提供了一種含柔性模塊的一體化機器人關節，以解決現有技術的缺陷。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種用于機器人的一體化柔性關節，能夠同時滿足大扭矩輸出和較好的柔順性能，有助于機器人關節的一體化設計。

為了實現上述目的，本發明提供了一種用于機器人的一體化柔性關節，其包括：

外殼體；