[发明专利]用于机器人的安全关节装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于机器人的安全关节装置，更具体地，涉及用于在碰撞时保护机器人的关节的用于机器人的安全关节装置。

背景技术

随着机器人的应用范围的扩大以及各种技术的发展，服务型机器人已经变得更加发达和广泛使用。这种服务型机器人通常包括：用于非制造业，诸如医疗护理、福利事业、建筑行业的机器人；用于高风险作业环境中的机器人；以及作为对人友好的支持机器人的个人机器人。这种机器人有望在将来呈现更多种形式。

同时，机器人，诸如服务型机器人和人形机器人，与人类共存时所需的先决条件是“人类安全”。然而，随着人类与机器人共享的活动空间增加，无意的干扰可能会发生，可能导致意外事故。各种用于同时满足安全性和性能的研究目前正在积极地进行，用以提高这些机器人的安全性。为了以这种方式确保安全性，正在进行可变刚度单元的研究。然而，由于尺寸、重量和控制的复杂性，最安全的关节机构限于应用到商业化机器人。进一步地，使用电子主动控制系统防止可造成损坏的碰撞的机构通常需要相对昂贵的传感器模块和复杂的控制算法。进一步地，响应速度取决于传感器和致动器的灵敏度。

现有技术中用于机器人的安全关节装置包括固定器以及可旋转地联接到所述固定器的旋转单元。所述旋转单元包括安装成从所述旋转单元的中心突出的凸轮单元。所述固定器包括多个随动器，各随动器的一端可旋转地联接并且另一端与所述凸轮单元接触；以及弹性单元，其施加弹性力给随动器，以限制所述旋转单元的旋转运动。当等于或大于临界转矩的力施加到所述旋转单元时，所述凸轮单元与随动器分离。然而，这种安全关节装置具有复杂的结构，并且难以控制。

上文仅仅旨在帮助理解本发明的背景，并且不旨在表示本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围之内。

发明内容

因此，本发明提供一种用于机器人的安全关节装置，其提供简化的结构，并且在碰撞时最大限度地减少机器人以及其撞击物的损坏。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，一种用于机器人的安全关节装置可以包括：管形固定器，其形成有中空部(例如，穿过固定器的孔)；旋转构件，其可旋转地插入到所述固定器的中空部；以及弹性构件，其中每个弹性构件的第一侧可以固定到所述固定器并且第二侧固定到联接器以形成预定的角度。所述联接器可以提供用于所述旋转构件。

特别地，所述固定器可以具有在其内周面上形成的螺纹，并且所述旋转构件可以具有在其外表面上形成的螺纹，以使固定器的螺纹和旋转构件的螺纹相啮合。进一步地，所述旋转构件可以具有杆形形状，并且包括横穿固定器的支承件。此外，所述支承件可以具有沿固定器形成为弧形的、且与固定器紧密接触的端部。所述旋转构件可以包括多个支承件并且每个支承件可以具有十字形的顶部。所述旋转构件可以具有形成向下方延伸的延伸件并且可以具有“T”形的横截面。进一步地，所述弹性构件可以联接到旋转构件的两侧。当冲击发生时，所述旋转构件可以随着旋转运动通过螺纹线性移动。所述联接器可以具有在垂直方向形成的杆形形状，并可以被弹性构件拉向旋转构件。此外，可以在每个联接器的下侧形成多个止动器，并且所述联接器可以与所述止动器接触以防止向彼此移动。

根据具有如上所述的结构的用于机器人的安全关节装置，所述弹性构件可以以预定的角度固定，并且可以对该装置提供可变刚度，从而吸收碰撞时的冲击。这种可变刚度可通过调节弹性构件的角度来获得。因此，设计的自由度可增加，并且冲击可被进一步吸收。因此，基本上平顺的减震是可能的，并且机器人的关节可以得到安全地保护以免受外部冲击。最小机械部件可以用于实现简单的结构、减少空间、简化维护并降低成本。安全关节装置可以直接应用到机器人的关节部分。进一步地，安全关节装置可以应用到交通工具的安全铰链，并且可以开发包括安全关节的模块化关节驱动机构。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特征和其他优点结合附图从下面的具体实施方式中将可以更清楚地理解，其中：

图1示出根据本发明的示例性实施例的用于机器人的示例性安全关节装置；

图2和图3示出图1中的旋转构件根据本发明的示例性实施例逆时针和顺时针旋转的示例性状态；

图4示出根据本发明的示例性实施例的可变刚度的示例性图表；

图5示出当根据本发明示例性的实施例的安全关节装置应用到机器人时的示例性图表；以及

图6和图7示出根据现有技术的用于机器人的示例性传统安全关节装置。

具体实施方式