[发明专利]一种具有力矩反馈的机械臂关节及其力矩计算方法

说明书

本申请实施例提供了一种具有力矩反馈的机械臂关节及其力矩计算发方法，包括电机、受所述电机驱动的副齿轮、与所述副齿轮啮合的主齿轮、扭矩传感装置、主轴，所述扭矩传感装置至少包括扭转部、电机角度传感器和主轴角度传感器；扭转部套设于所述主轴，且一端固定于所述主轴上，另一端套设有所述主齿轮，受所述主齿轮驱动。本申请实施例还公开了一种机械臂关节力矩计算方法。本申请的具有力矩反馈的机械臂关节，能够提高力矩测量精度，并能够降低使用成本。

技术领域

本发明涉及机械臂关节驱动结构技术领域，具体是一种具有力矩反馈的机械臂关节及其力矩计算方法。

背景技术

现有的工业机器人关节，多采用离轴式光电编码器作为位置反馈传感器。例如中国专利CN748189073A公开的一种双电机驱动模块化关节，其包括：输出轴与外壳转动连接，与输出齿轮固连；输出轴包括沿轴向延伸的通孔，外壳包括与通孔相对应的穿孔，通孔和穿孔用于安放线路；输出轴还包括径向的通道，通道与零位检测模块配合确定输出轴的零位；第一齿轮、第二齿轮均与输出齿轮啮合，且第一齿轮和第二齿轮不干涉；第一伺服电机连接第一齿轮和第一电机编码器；第二伺服电机连接第二齿轮和第二电机编码器。该技术优点在于采用双电机驱动模块化关节，可以消除输出齿轮与驱动装置间的间隙，使得传动更为精密。

但是，上述技术方案存在着获取的关节力矩精度低、噪声大的问题，具体来说是，其关节力矩是由电机电流的测量值估算所得，该估计值需排除减速机摩擦的影响，摩擦力的建模较为困难，故而影响该技术方案的关节力矩的精度，且没有输出轴编码器，无法直接准确测量输出角度，只能通过电机端编码器反馈值和传动减速比进行换算，进而导致多数工业协作型机械臂只能进行诸如碰撞、拖动等工作，无法进行精细的力控操作，限制了机器人的应用。

发明内容

本发明的第一个技术目的在于克服上述技术问题，从而提供一种具有力矩反馈的机械臂关节，其通过采用同轴式扭矩传感装置的设置，解决关节力矩的精确反馈问题，能够较为有效地解决传统机械臂关节的反馈器件成本过高的问题；本发明的第二个技术目的在于，提供该种具有力矩反馈的机械臂关机的力矩计算方法。

为实现上述目的，本发明的一个实施例提供了一种具有力矩反馈的机械臂关节，包括电机、受所述电机驱动的副齿轮、与所述副齿轮啮合的主齿轮、扭矩传感装置、主轴，所述扭矩传感装置至少包括扭转部、电机角度传感器和主轴角度传感器；所述扭转部套设于所述主轴，且一端固定于所述主轴上，另一端套设有所述主齿轮，受所述主齿轮驱动。

优选地，所述电机角度传感器设置于所述电机的输出轴上，所述主轴角度传感器靠近所述主轴的尾端设置。

优选地，所述电机角度传感器设置于所述电机的输出轴上，所述主轴角度传感器设置于所述主轴的轴线的延长线上。

优选地，所述电机角度传感器为磁编码器，所述主轴角度传感器为磁编码器。

优选地，所述电机角度传感器为光电编码器，所述主轴角度传感器为光电编码器。

优选地，所述电机角度传感器包括电机角度传感器芯片、与所述电机角度传感器芯片配合的电机磁钢，所述电机磁钢固设于所述电机的输出轴上；所述主轴角度传感器包括主轴角度传感器芯片、与所述主轴角度传感器芯片配合的主轴磁钢，所述主轴角度传感器芯片固设于所述主轴的轴线延长线上。

优选地，所述电机磁钢和所述主轴磁钢位于该具有力矩反馈的机械臂关节的同一侧。

优选地，所述电机磁钢与所述电机角度传感器芯片正对且间距设置，所述主轴磁钢与所述主轴角度传感器芯片正对且间距设置。

优选地，所述主轴为中空轴，所述主轴磁钢通过尾磁钢托与所述主轴的端面同轴正对且间距地固定设置在所述主轴的尾端。

优选地，所述电机角度传感器芯片、所述主轴角度传感器芯片均设置在传感驱动电路板上，所述传感驱动电路板位于该具有力矩反馈的机械臂关节的尾部。