[实用新型]一种用于机器人关节的串联弹性驱动器

说明书

技术领域

本实用新型涉及新型服务与医疗康复训练机器人领域，具体地说是一种用于机器人关节的串联弹性驱动器。

背景技术

人机接触、交互、合作正在成为新一代机器人发展的主流方向。传统机器人被设计为禁止在工作时与人接触，以保证人身安全。对于新型服务机器人来说，与人和环境的接触正在发展成为不可避免的趋势，而对于新型服务医疗康复训练机器人，这种接触更将必然发生。

由于传统机器人的工作场合往往具有结构化或无人化的特点，并且在这些场合中应用的机器人常常被隔离在安全围栏中用于做固定模式的重复劳动，同时通过在其周围设置各种类型的传感器以判断人员的接近并发出安全警报。这些采用静态安全设备的机器人只能完成程序化的工作，并且不具备与人交互的能力，因此无法直接利用来辅助人完成各种复杂多变的日常行为和康复训练任务。

新一代机器人将应用到越来越广泛的服务与医疗领域，并且人与机器人也将越来越紧密的合作，寻求新型人机交互的安全保障手段将成为急需突破的实际难题。

常见的人机安全保护手段有安装力/力矩传感器、设置接近传感器和限制机器人运动速度等。但是安装昂贵的力/力矩传感器会大幅增加机器人成本，且力/力矩传感器为刚性元件，只能起到力/力矩检测功能，难以实现自动的安全反应。而接近传感器只能检测到一定区域的人机相对位置，安全范围过于保守。而通过降低运动速度来获得安全性的方式大大限制了机器人潜力的发挥，无法体现出机器人的灵活性和工作高效性。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种具有机械柔性，能够保证人机接触安全舒适的新的机器人关节驱动器，使得机器人关节具有机械的柔顺性和可调整的刚度。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种用于机器人关节的串联弹性驱动器，包括电机控制器通过信号线与旋转编码器连接，电机控制器通过电力线与直流电机连接，对直流电机进行伺服控制；

电机控制器通过总线连接实时计算机控制系统，接收计算机在每个控制周期所生成的控制量，并对直流电机进行实时控制；

数据采集系统的输出端连接实时计算机控制系统，输入端连接模拟多路选择器，接收选择信号；

旋转编码器、直流电机和减速箱依次连接；

换向器的输入端连接减速箱，输出端的输出轴线上设置由依次固定连接的弹性元件、弹簧连杆转接件和机器人关节连杆组成的传动机构；

第一绝对角度传感器同轴设置于弹性元件上，用于测量换向器输出轴的绝对位置；第二绝对角度传感器设置于所述机器人关节连杆，用于测量机器人关节连杆的绝对位置；所述第一绝对角度传感器和第二绝对角度传感器的输出端连接所述模拟多路选择器的模拟输入端。

所述弹性元件为一种平面螺旋线形的线性元件，截面为矩形。

所述直流电机为内置霍尔传感器的直流无刷电机，所述霍尔传感器通过信号线连接电机控制器。

所述模拟多路选择器为二选一模拟多路选择器，具有三个输入端口，分别是选通端口、第一模拟输入端口和第二模拟输入端口，具有一个输出端口为模拟输出端口。

所述数据采集系统包括一个A/D转换器和一个通用数字I/O端口，A/D转换器的输入通道与模拟多路选择器的模拟输出端口相连，通用数字I/O端口与模拟多路选择器的选通端口相连，用于选通相应的绝对角度传感器，并将被选通的绝对角度传感器输出的模拟信号转换成数字信号。

绝对角度传感器的输出量在系统掉电的情况下不丢失。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

本实用新型能够将机器人手臂的质量和机器人底座的质量通过弹性元件隔离开来，当人或环境和机器人发生物理碰撞的过程中，通过弹性元件的吸收和释放能量来产生缓冲效果从而减小人与环境和机器人碰撞力的大小，避免对人和环境造成伤害，以获得在不同工况下需要的不同关节刚度，有助于扩展该机器人的使用范围。

附图说明

图1为本实用新型的用于机器人关节的串联弹性驱动器的系统连接结构框图；

图2为本实用新型的用于机器人关节的串联弹性驱动器的立体示意图；

图3为本实用新型的用于机器人关节的串联弹性驱动器的连杆角度传感器主视图；

图4为本实用新型的用于机器人关节的串联弹性驱动器的减速箱角度传感器和电机控制器主视图；

图5为本实用新型的用于机器人关节的串联弹性驱动器的弹性元件主视图；

图6为本实用新型的用于机器人关节的串联弹性驱动器的弹性元件安装示意图；