[发明专利]一种主机器人单自由度摆转关节模块

说明书

技术领域

 本发明是一种主机器人单自由度摆转关节模块，属于主机器人单自由度摆转关节模块的创新技术。 

背景技术

人类越来越需要能在危险或未知环境中工作的机器人。然而，受人工智能技术、机构、控制和传感技术等方面的限制，研制出能在未知环境中自主工作的智能机器人还需要很长一段时间。因此目前依赖人的智能，工作在人机交互下的主从控制机器人是一种现实可行的选择。这种主从控制将人的智能和机器人的执行结合起来，实现了人的感知能力和行为能力的延伸。操作者对主机器人进行操作，处理器根据主机器人的位姿信息把操作者的控制意图转化为从机器人可以理解的命令，并以此控制从机器人运动以实现相应的任务，同时通过视觉或力觉将其状态信息反馈给操作者，操作者据此修改自己的控制行为。

国内外学者已经研制了很多主机器人，并有很多商业化的系统，例如带力反馈的Phantom、外骨骼式的数据手套。但是目前的主机器人的构型都是固定的，不能根据任务要求或从机器人的变化相应地改换构型；而且自由度也固定不变，不能根据需要进行增减。这就导致了主机器人难以适应各种不同的从机器人。例如，当实际需要少自由度从机器人时造成主机器人自由度冗余，使得主从之间的映射复杂，计算量大，影响主从控制的实时性与稳定性。因此，主机器人的通用性和灵活性是目前研究主机器人面临的主要问题。模块化的设计方法能够解决主机器人的通用性差以及结构和控制复杂等问题。模块化主机器人能够通过改变自身仅有的几种模块的连接顺序或方式而获得多种不同构型，以满足不同的从机器人构型或者任务要求，容易实现主从机器人之间的同构映射。相比传统主机器人，模块化主机器人具有良好的适应性、灵活性、和容错性以及成本低等优点。模块化结构简单，易于加工，各模块之间可以相互替换，实现快速组装。模块化主机器人并不是简单的机械装配，而是模块之间的有机连接。作为组成单元的各个模块都是一种集通信、控制和传动为一体的独立和完整的机电系统。因此，有必要开发方便连接、易于操作和控制的主机器人单自由度关节模块。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种结构简单紧凑,连接和使用方便的主机器人单自由度回转关节模块。本发明可以简化主从控制系统，提高主机器人的通用性和适应性，降低主机器人的研制和使用成本。

本发明的技术方案是：本发明的主机器人单自由度回转关节模块，包括有第一摆动基座、第二摆动基座、第一关节轴、第二关节轴，第一关节轴和第二关节轴的一端分别与第二摆动基座固连，实现轴向定位，第一关节轴和第二关节轴的另一端与第一摆动基座通过轴承做相对转动，第一摆动基座与第二摆动基座能绕关节轴线作相对转动。

本发明的关节轴线与模块本身的中心轴线垂直，由外力矩驱动能作摆转运动并对关节转角检测。第二关节轴的一端与编码器中的码盘固连。编码器固定在第一摆动基座上，对关节转角进行采样，处理器对采样信号进行处理。配重安装臂可与第二摆动基座或第一摆动基座固定。调节配重块在配重安装臂上的位置可以使模块在不同负载下保持随遇平衡。信号线从转动基座的内腔穿过，因而实现内走线。与现有技术相比，具有如下优点：

1）本发明一个模块就是一个基本的单元系统，具有独立性和完整性，能感知单关节的回转运动，便于与其它模块构成主机器人系统。

2）本发明相对转动的两个部件采用滑动轴承（法兰轴承），实现定位的同时又能灵活转动，结构简单、装配便捷；且采用第二摆动基座与关节轴分离的方式，各个部件之间紧密且可靠地连接布置，因而模块结构简单紧凑、关节轴向尺寸小、安装和拆卸便捷。

3）本发明采用配重的方式实现随遇平衡，结构简单，操作简单舒适。

4）本发明处理器集成到模块内，实现了电气与控制的模块化。通过内部走线与外界的总线连接可靠、快速和方便，且有利于操作和美观。

  5）本发明采用卡环结构与其他模块直接连接和锁紧，不需要其它专用的过渡或换向连接件，连接和拆卸简单、方便和快捷。

本发明关节模块结构简单紧凑，装配便捷，与其它模块连接方便，可构建成示教用的主机器人。是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的主机器人单自由度摆转关节模块。

附图说明

图1是本发明关节模块的外观图；

图2是本发明关节模块的剖面图。

具体实施方式

实施例：