[实用新型]一种方便与传动轴串联的两自由度弹性模块及相应机器人

说明书

一种方便与传动轴串联的两自由度弹性模块及相应机器人，属于机器人技术领域。一种方便与传动轴串联的两自由度弹性模块，包括弹性模块连接装置和弹性模块主体，弹性模块连接装置将弹性模块主体分别与输入轴和输出轴连接，输入轴与电机连接，输出轴与负载连接，弹性模块主体包括弹性体、输入轴角度测量装置、输出轴角度测量装置和输出轴轴向位移测量装置，电机、输入轴、弹性体、输出轴和负载处在同一轴线上；所述弹性模块连接装置包括左底盘、壳体和右底盘，左底盘与输入轴连接，右底盘和输出轴连接，左底盘通过壳体和右底盘连接。有益技术效果：(1)同时实现旋转和平动两个维度的弹性控制，(2)可实时检测弹性体的旋转方向形变和轴向位移。

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种方便与传动轴串联的两自由度弹性模块及相应机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人与人协作的作业模式以及人机共存的应用环境正在出现.人机共存环境与传统工业机器人作业环境最大的不同是环境动态变化以及人机交互操作的不确定性。传统工业机器人为了保证高速和高精度性能，机械本体一般以刚性结构为主，致使其末端刚度很大，无法应对人机共存环境的不确定性。一旦出现操作失误，将对环境中的其他对象及机器人自身结构的安全造成威胁。协作机器人和仿生机械臂需要具备对不确定性交互任务做出合适反应的能力，即柔顺性，以确保人、操作对象、环境以及机器人自身的安全。

串联弹性驱动器(SEA)是以电机为驱动源，在电机输出轴和负载之间加入弹簧等弹性结构而构成的柔性驱动单元，SEA本质上属于被动柔顺结构，但是与电机控制技术和基于弹簧变形量的关节力检测技术相结合，可以实现可控可调的柔顺输出性能，因此，SEA作为一种新型驱动器受到机器人学术界以及企业的大量关注，被用于各种需要柔顺或弹性的机器人机构中。

线弹簧是目前SEA结构设计中常用的弹性元件，通过弹簧的空间布局以及与不同传动机构的组合，构成具有不同输出形式的SEA。典型的SEA使用案例有：Paine采用皮带轮带动滚珠丝杠，在丝杠与输出端之间采用2组弹簧构成直线SEA；Tsagarakis将线弹簧绕圆周布置在电机轴和驱动盘之间构成紧凑型旋转SEA；Bae在电机和锥齿轮对之间应用扭簧连接构成交叉轴传动的SEA。使用线弹簧的确可以改变传动结构的刚度，实现串联弹性驱动的功能，但由于常用的弹簧有拉簧、压簧和扭簧，在设计结构时，使用单种弹簧仅能实现平动或旋转控制中的一种。在使用弹簧作为弹性元件时，需要将相同的两个弹簧对称的布置在连接结构的两侧。同时实现旋转和平动的串联弹性结构，如果仍然使用线弹簧作为弹性元件，需要设计庞大的结构。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种方便与传动轴串联的两自由度弹性模块，使用弹性体作为弹性连接的部分，构建一种同时实现旋转和平动的串联弹性结构。弹性体在其弹性限度内拉伸压缩与旋转时都遵循胡克定律，具有良好的线性度，利用弹性体(如橡胶体)作为弹性元件，可以同时实现旋转和平动两个维度的弹性控制。本实用新型的目的通过以下技术方案实现。

一种方便与传动轴串联的两自由度弹性模块，其特征在于，包括弹性模块连接装置和弹性模块主体，弹性模块连接装置将弹性模块主体分别与输入轴和输出轴连接，输入轴与电机连接，输出轴与负载连接，弹性模块主体包括弹性体、输入轴角度测量装置、输出轴角度测量装置和输出轴轴向位移测量装置，弹性体产生旋转方向与轴向方向上的弹性形变，电机、输入轴、弹性体、输出轴和负载处在同一轴线上；所述弹性模块连接装置包括左底盘、壳体和右底盘，左底盘与输入轴连接，右底盘和输出轴连接，左底盘通过壳体和右底盘连接。

输入轴与输出轴之间用弹性体连接，弹性体能产生旋转方向与轴向方向上的弹性形变；同时弹性体材料方便更换，应对不同应用需求，并且能输出轴上的力矩以及轴向的力。而弹性体的弹性形变量对应着轴上的旋转力矩与轴向上拉/压力的大小，同时检测弹性体的轴向和旋转方向的形变是本实用新型的关键之处。将输入轴视为固定旋转轴，则测输入轴在旋转时的位置，检测输出轴的旋转位置和轴向位置，即可得到弹性体的旋转形变量和轴向的形变量。