[发明专利]一种低能耗机器人关节快速锁定装置及使用方法

说明书

一种低能耗机器人关节快速锁定装置，包括被锁定的转轴和锁定机构，该锁定机构包括控制器、中间为圆柱状腔体的塑料骨架、绕在塑料骨架上的线圈及其驱动电路、锁定杆、弹簧、支架、锁定腔壳、热熔胶、温度传感器及其调理电路、两个半导体制冷片及其驱动电路，锁定机构用于锁定转轴。线圈均匀地绕在塑料骨架上，锁定腔壳通过支架与塑料骨架固定连接，锁定杆穿过塑料骨架、弹簧、锁定腔壳，锁定腔壳腔体内剩余空间充满热熔胶，两个半导体制冷片贴在锁定腔壳的侧面，温度传感器贴在半导体制冷片和锁定腔壳之间。本装置为无级锁定装置，可在任意位置将转轴锁定，且只有锁定过程和解锁过程需耗电，避免了维持锁定状态和解锁状态需要持续供电能量损耗。

技术领域

本发明属于机器人关节制动器领域，特别涉及一种低能耗机器人关节快速锁定装置及使用方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人在各行各业都有着广泛的应用，比如医疗、娱乐、军事、航天等。而机器人在使用过程中常见的问题就是突然断电，需要处理好断电后机器人的状态。例如用于高空作业的机器人，高空作业工作环境危险系数高，难度大，目前有超过40％的人工高空作业已被机器人代替，此类机器人在应急救援、安全巡检、建筑施工、攀岩探险等诸多高空环境下都有应用。如果断电后没有相应的处理方案，用于抓握固定的机械手没有动力，高空中的机器人可能会掉落。在失电后快速保持机器人的姿态，能够保障机器人的安全，避免机器人的损坏。工业制造过程重复性高，工作强度大，现有的工业制造大部分已经实现机器化，近年全球范围工业机器人销量保持着16％以上的增长率。部分工业机器人偏向于笨重，失电后快速保持工业机器人的姿态，将能防止出现事故和严重的经济损失。

现有的制动方案，有机械制动器方案、电磁制动器方案、新型材料方案、新型结构制动方案等。机械制动器利用与机器人关节处相连的非旋转原件和与传动轴相连的旋转原件之间的相互摩擦来阻止传动轴的转动或转动趋势，具有操作方便、灵活、成本普遍较低的优点。但由于采用摩擦方式制动，大多数机械制动器部件用久会出现磨损、锈蚀、卡阻等现象，降低稳定性和安全性。电磁制动器主要通过可变电阻控制电流从而来改变制动力矩的大小或调节制动器的开合，产生电磁阻尼力，使制动器依需要而提供制动。这种方法不依靠摩擦力，适合长时间制动，不易造成机械零件过热或性能衰退，具有操作简单、响应灵敏、寿命长久等优点。但其需要有专门的电源进行控制，且制动部件易损。新型材料方案如电活性聚合物(DEAP)，当输入不同的激励电压，DEAP薄膜会产生不同的应变。可设计一种结构，当机器通电时DEAP产生形变，不阻碍关节运动；当失电时，DEAP形变复原，产生机械制动。这种方法形变保持性能好且无能量损耗，具有大应变、高能量密度、响应速度快等优点。但新型材料不太容易购置，且不容易进行结构设计。新型结构制动方案主要依靠新型自锁原理或者仿生原理，利用特殊机械结构进行制动。这种方法结构简单、成本低、承载能力强，但自锁制动局限于整体，不能应用在关节。现有的制动方案，不仅在锁定的过程中和解锁的过程中需要耗电，在机器人处于正常工作或锁定状态时也需要持续耗电，会造成不必要的电量消耗。

发明内容