[发明专利]一种变刚度驱控一体化机器人摆转关节模块

说明书

一种变刚度驱控一体化机器人摆转关节模块，包括基座、关节输出件、驱动控制器、传动机构、力矩传感器、变刚度模块、第一编码器和第二编码器，基座包括安装部和传动部，传动部设有传动腔，传动机构包括无框电机、传动轴和谐波减速器，无框电机的定子固定在传动腔内，传动轴与无框电机的转子配合连接，传动轴的一端通过谐波减速器传递到变刚度模块一端，变刚度模块另一端通过力矩传感器与关节输出件固定连接；第一编码器用于测量关节输出件的角位移信息，第二编码器用于测量转子的角位移信息；无框电机的控制端与驱动控制器电连接，力矩传感器、第一编码器和第二编码器分别与驱动控制器电连接。本发明实现关节模块的刚度控制和力矩输出控制。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种变刚度驱控一体化机器人摆转关节模块。

背景技术

随着现代工业技术的高速发展，机器人已经广泛应用于各行各业中。如汽车领域的焊接、喷涂、热处理、运输、自动装配、上下料和检测等，其次在运输、码头、食物和药物以及电子制造等领域机器人也正在逐步替代人工从事沉重乏味的包装、运输、搬运等重复性作业。但是在精密装配、修刮或磨削工件表面、抛光和擦洗等工作任务中应用很少，因为在类似的任务中需要机器人末端执行器与环境接触并保持一定的接触力，这就需要机器人具有外力感知和力控制功能。

目前具有力控制功能的成熟机器人产品不多，或者其价格很高，一般是普通工业机器人的几倍以上。同时随着机器人的应用范围扩大，有些任务需要机器人与人协作共同完成，这就对机器人的安全性能提出了很高的要求。目前机器人的安全性能一般采用两种方案来解决，一种是通过改变机器人机械结构的刚度保证与人交互时的安全；另一种是通过软件层面的控制算法策略来实现机器人与环境中的物体接触时的柔顺性。

目前也有一些解决方案被大家提出，如河北工业大学的一种旋转型柔性关节(申请号：201410653785.2)，该柔性关节包括电机、电机架、安装板，第一连接板、第一同步带轮、第一同步带轮盖板、同步带、减速器、减速器法兰、弹簧安装架、弹簧输出架，输出盘、第二连接板、同步带端盖、第三连接板、交叉滚子轴承、轴承外圈盖板、轴承内圈盖板、第一平键、减速器法兰端盖、弹簧、第二平键、第三平键、第二同步带轮和第二同步带轮盖板。该发明专利虽然解决了机器人关节柔性问题，但整个关节的结构不够紧凑、外观上不是很美观且不能真正应用于机器人关节中，也做不到力矩控制的全闭环反馈。

因此能开发出集成度高、性价比高的可力控制机器人关节模块对于扩大机器人的应用范围将产生巨大的意义，同时也能大大提高机器人的安全性能。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种变刚度驱控一体化机器人摆转关节模块，可以实现机器人关节的力矩检测与控制从而实现整个串联机器人的力控制；该机器人摆转关节模块结构简单紧凑，关节传动精度高，力矩输出精度高，并且采用内走线方式，外观简洁美观，从本质上提高了机器人的安全性与可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变刚度驱控一体化机器人摆转关节模块，包括基座、关节输出件、驱动控制器、传动机构、力矩传感器、变刚度模块、第一编码器和第二编码器，基座包括安装部和传动部，传动部设有传动腔，传动机构包括无框电机、传动轴和谐波减速器，无框电机包括定子和转子，无框电机的定子固定在传动腔内，传动轴与无框电机的转子配合连接且传动轴两端通过轴承支撑在传动腔内，传动轴的一端与谐波减速器的波发生器连接，谐波减速器的钢轮与变刚度模块一端固定连接，变刚度模块另一端通过力矩传感器与关节输出件固定连接；驱动控制器设在安装部上，第一编码器用于测量关节输出件或力矩传感器的角位移信息，第二编码器用于测量转子或传动轴的角位移信息；无框电机的控制端与驱动控制器电连接，力矩传感器、第一编码器和第二编码器分别与驱动控制器电连接。