專利名稱：具有力反饋控制的彈性驅動模塊化關節(jié)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機器人技術領域，涉及ー種彈性驅動模塊化關節(jié)。
背景技術：
機器人系統(tǒng)作為一種新穎的自動裝置，與人們的日常生活已經越來越緊密。人們希望機器人能夠像人類自身一祥，具有快速靈巧的運動能力、能適應人類的生活環(huán)境、并且具備良好的交互能力。特別是近年來，仿人機器人、服務機器人和特種操作機器人等發(fā)展迅速，人們對機器人也提出了更高的要求。目前，我國大部分機器人在設計關節(jié)時主要采用了剛性的設計方法，采用電機、減速器等作為機器人的驅動機単元，采用位置控制方式進行關節(jié)驅動。這種設計使得機器人具有很高的剛性，但由于缺乏柔順機制和儲能機制，使得機器人難于適應人類的生活環(huán)境，缺少與人交互的機制，運動效率和安全性很低。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了ー種具有力反饋控制的彈性驅動模塊化關節(jié)，以解決現(xiàn)有機器人存在的高剛性、缺乏環(huán)境適應性和交互性等問題。本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術方案是ー種具有力反饋控制的弾性驅動模塊化關節(jié)，它包括關節(jié)傳動裝置和力信號檢測裝置兩部分；其中，所述關節(jié)傳動裝置包括固定部分和轉動部分，固定部分包括電機外殼、第一端蓋、電機定子、電機法蘭、諧波減速器和關節(jié)外殼等，電機定子安裝在電機外殼內，其軸向位置由第一端蓋和電機法蘭確定；轉動部分包括第一端蓋、第一軸承、電機定子、諧波減速器、中空走線軸、法蘭墊、輸出軸、十字交叉滾子軸承、輸出端蓋、第二端蓋和第二軸承等，中空走線軸的兩端分別由固定在第一端蓋中的第一軸承和固定在第二端蓋中的第二軸承固定，保證與電機外殼的同軸性；中空走線軸上安裝有電機轉子，電機轉子的轉動經過諧波減速器的波發(fā)生器和柔輪減速，再經法蘭墊傳遞到輸出軸和輸出端蓋上，法蘭墊和輸出軸通過十字交叉滾子軸承固定在關節(jié)外殼上；電機定子安裝霍爾傳感器，中空走線軸上安裝編碼器；力信號檢測裝置由弾性扭簧、第一絕對式角度傳感器和第二絕對式角度傳感器組成；弾性扭簧通過軸承支撐，其中間圓周孔與輸出軸連接，外圈圓孔與輸出端蓋連接；第一絕對式角度傳感器由第一轉子和第一定子組成，第一轉子通過波形墊圈和卡簧固定在輸出軸上，第一定子經過安裝扣固定在關節(jié)外売上，第二絕對式角度傳感器由第二轉子和第二定子組成，第二轉子通過端蓋法蘭固定在輸出端蓋上，第二定子經套筒固定在關節(jié)法蘭上。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明中采用了電機定子、電機轉子和諧波減速器等組件元件，増加了關節(jié)設計的靈活性和緊湊性；通過中空走線軸的設計方便了關節(jié)的走線，使得 關節(jié)更加簡潔，有助于擴大關節(jié)的運動范圍，提高關節(jié)運行的可靠性。第一絕對式角度傳感器和第二絕對式角度傳感器的引入可以獲得輸出軸和輸出端蓋之間的角度偏偏差，乘于彈性扭簧的弾性系數(shù)，即可獲得關節(jié)所受的カ矩值，用于關節(jié)信號的輸入反饋值；即可為關節(jié)提供可靠的カ矩反饋信號，可變形彈性扭簧又可以為關節(jié)提高了柔順和存儲能量的機制，應用于機器人中將會增強機器人與環(huán)境交互的能力，提高機器人運動的效率。


圖I是本發(fā)明的彈性驅動模塊化關節(jié)的剖視圖； 圖2是本發(fā)明的彈性驅動模塊化關節(jié)的立體 圖3是第一絕對式角度傳感器的剖視 圖4是第二絕對式角度傳感器的立體 圖5是彈性扭簧的平面 圖中，電機外殼I、第一端蓋2、編碼器3、第一軸承4、霍爾傳感器5、電機轉子6、電機定子7、電機法蘭8、諧波減速器9、波發(fā)生器10、剛輪11、柔輪12、中空走線軸13、法蘭墊14、輸出軸15、十字交叉滾子軸承16、螺釘17、第一絕對式角度傳感器18、第一轉子19、第一定子20、安裝扣21、關節(jié)外殼22、波形墊圈23、卡簧24、彈性扭簧25、軸承26、關節(jié)法蘭27、輸出端蓋28、第二端蓋29、第二軸承30、第二絕對式角度傳感器31、第二轉子32、第二定子33、端蓋法蘭34、套筒35。
具體實施例方式以下結合附圖進ー步說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。本發(fā)明具有力反饋控制的彈性驅動模塊化關節(jié)包括關節(jié)傳動裝置和力信號檢測裝置兩部分，具體來說，包括電機外殼I、第一端蓋2、編碼器3、第一軸承4、霍爾傳感器5、電機轉子6、電機定子7、電機法蘭8、諧波減速器9、中空走線軸13、輸出軸15、十字交叉滾子軸承16、第一絕對式角度傳感器18、關節(jié)外殼22、弾性扭簧25、軸承26、關節(jié)法蘭27、輸出端蓋28、第二端蓋29、第二軸承30和第二絕對式角度傳感器31等。電機定子7安裝電機外殼I內，其軸向位置由第一端蓋2和電機法蘭8確定，電機定子7、諧波減速器9的剛輪11和關節(jié)外殼22共同組成了關節(jié)傳動裝置的固定部分，采用組件的形式増加了關節(jié)設計的靈活性和緊湊性。中空走線軸13的兩端分別通過固定在第一端蓋2中的第一軸承4和固定在第二端蓋29中的第二軸承30保證與電機外殼I的同軸性，中空走線軸13的中空設計方便了關節(jié)的走線，使得關節(jié)更加簡潔，有助于擴大關節(jié)的運動范圍，提高關節(jié)運行的可靠性。中空走線軸13安裝有電機轉子6，經過諧波減速器9的波發(fā)生器10和柔輪12，將轉動經法蘭墊14傳遞到輸出軸15和輸出端蓋28上，法蘭墊14和輸出軸15通過十字交叉滾子軸承16固定在關節(jié)外殼22上，這些部分組成了關節(jié)傳動裝置的轉動部分?；魻杺鞲衅?和編碼器3分別安裝在電機定子7和中空走線軸13上，用于關節(jié)電機的換相和轉速的檢測。力信號檢測裝置由弾性扭簧25、第一絕對式角度傳感器18和第二絕對式角度傳感器31共同組成。弾性扭簧25通過軸承26支撐，中間圓周孔與輸出軸15連接，外圈圓孔與輸出端蓋28連接。弾性扭簧25由兩兩配對的彈性輻條圓周排列組成，每個輻條上有圓孔凹槽，這些特征使得扭簧在受到扭矩時產生彈性變形，既增加了關節(jié)的柔順性，又可以為關節(jié)運動存儲能量。第一絕對式角度傳感器18由第一轉子19和第一定子20組成，第一轉子19通過波形墊圈23和卡簧24固定在輸出軸15上，第一定子20經過安裝扣21固定在關節(jié)外殼22上，第二絕對式角度傳感器31由第二轉子32和第二定子33組成，第二轉子32通過端蓋法蘭34固定在輸出端蓋28上，第二定子33經套筒35固定在關節(jié)法蘭27上。第一絕對式角度傳感器18和第二絕對式角度傳感器31分別檢測輸出軸15和輸出端蓋28的 轉動角度，檢測的偏差角度與弾性扭簧25的弾性系數(shù)相乘，便可得到關節(jié)輸出力矩，并為關節(jié)カ矩輸入提高反饋信號，保證了關節(jié)カ矩控制的精確性。
權利要求
1.一種具有力反饋控制的彈性驅動模塊化關節(jié)，其特征在于，它包括關節(jié)傳動裝置和力信號檢測裝置兩部分；其中，所述關節(jié)傳動裝置包括固定部分和轉動部分，固定部分包括電機外殼(I)、第一端蓋(2)、電機定子(7)、電機法蘭(8)、諧波減速器(9)和關節(jié)外殼(22 )等，電機定子(7 )安裝在電機外殼(I)內，其軸向位置由第一端蓋(2 )和電機法蘭(8 )確定；轉動部分包括第一端蓋(2)、第一軸承(4)、電機定子(6)、諧波減速器(9)、中空走線軸(13)、法蘭墊(14)、輸出軸(15)、十字交叉滾子軸承(16)、輸出端蓋(28)、第二端蓋(29)和第二軸承(30)等，中空走線軸(13)的 兩端分別由固定在第一端蓋(2)中的第一軸承(4)和固定在第二端蓋(29)中的第二軸承(30)固定，保證與電機外殼(I)的同軸性；中空走線軸(13)上安裝有電機轉子(6)，電機轉子(6)的轉動經過諧波減速器(9)的波發(fā)生器(10)和柔輪(12)減速，再經法蘭墊(14)傳遞到輸出軸(15)和輸出端蓋(28)上，法蘭墊(14)和輸出軸(15)通過十字交叉滾子軸承(16)固定在關節(jié)外殼(22)上；電機定子(7)安裝霍爾傳感器(5)，中空走線軸(13)上安裝編碼器(3);力信號檢測裝置由彈性扭簧(25)、第一絕對式角度傳感器(18 )和第二絕對式角度傳感器(31)組成；彈性扭簧(25 )通過軸承(26 )支撐，其中間圓周孔與輸出軸(15)連接，外圈圓孔與輸出端蓋(28)連接；第一絕對式角度傳感器(18)由第一轉子(19)和第一定子(20)組成，第一轉子(19)通過波形墊圈(23)和卡簧(24)固定在輸出軸(15)上，第一定子(20)經過安裝扣(21)固定在關節(jié)外殼(22)上，第二絕對式角度傳感器(31)由第二轉子(32)和第二定子(33)組成，第二轉子(32)通過端蓋法蘭(34)固定在輸出端蓋(28)上，第二定子(33)經套筒(35)固定在關節(jié)法蘭(27)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有力反饋控制的彈性驅動模塊化關節(jié)，本發(fā)明中采用了電機定子、電機轉子和諧波減速器等組件元件，增加了關節(jié)設計的靈活性和緊湊性；通過中空走線軸的設計方便了關節(jié)的走線，使得關節(jié)更加簡潔，有助于擴大關節(jié)的運動范圍，提高關節(jié)運行的可靠性。第一絕對式角度傳感器和第二絕對式角度傳感器的引入可以獲得輸出軸和輸出端蓋之間的角度偏偏差，乘于彈性扭簧的彈性系數(shù)，即可獲得關節(jié)所受的力矩值，用于關節(jié)信號的輸入反饋值；即可為關節(jié)提供可靠的力矩反饋信號，可變形彈性扭簧又可以為關節(jié)提高了柔順和存儲能量的機制，應用于機器人中將會增強機器人與環(huán)境交互的能力，提高機器人運動的效率。
文檔編號B25J17/00GK102632509SQ201210112070
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權日2012年4月17日
發(fā)明者朱秋國, 熊蓉, 褚健 申請人:浙江大學