[发明专利]关节机构及其控制方法、多臂装置和机器人

说明书

本发明提供了一种关节机构(100)，包括：具有枢轴(41)的基座(4)；摇臂(1)，所述摇臂的第一端(11)安装在所述枢轴上；安装在所述枢轴上并用于接受来自驱动源的动力的第一驱动件(2)和第二驱动件(3)，所述第一驱动件和第二驱动件分别通过磁流变液与所述摇臂相互作用；以及第一电磁组件(22)和第二电磁组件(32)，所述第一电磁组件和第二电磁组件构造成能够使磁流变液产生应变，由此所述第一驱动件和第二驱动件能够选择性地驱动所述摇臂分别沿第一方向和第二方向旋转，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。发明还提供了用于控制该关节机构的方法，以及包含这种关节机构的多臂装置(200)和机器人。

技术领域

本发明涉及一种关节机构，尤其是一种用于机器人的关节机构，以及一种用于控制该关节机构的方法。本发明还涉及包含这种关节机构的多臂装置，以及包含这种关节机构或多臂装置的机器人。

背景技术

机器人在工业领域中已经得到了广泛的应用。其中，关节型机器人以其工作范围大、动作灵活、结构紧凑等诸多优点而尤令人关注。机器人的关节通常包括可以旋转的摇臂，以及用于驱动摇臂旋转的驱动机构。

在现有的关节型机器人中，机器人的各个关节都是用电机(例如步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、液压伺服电机等)来直接驱动。然而，由于电机自身的特性，这种设计会导致机器人的各个关节的摇臂动作惯量大，难以实现高速的往复摆动。

发明内容

本发明旨在提供一种关节机构，其能够利用磁流变液来实现关节机构的快速的运动状态变化。本发明还希望提供一种用于控制该关节机构的方法，包含这种关节机构的多臂装置，以及包含这种关节机构或多臂装置的机器人。

根据本发明的第一方面，提供了一种关节机构，其包括：具有枢轴的基座；摇臂，所述摇臂的第一端安装在所述枢轴上；安装在所述枢轴上并用于接受来自驱动源的动力的第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件和第二驱动件分别通过磁流变液与所述摇臂相互作用；以及第一电磁组件和第二电磁组件，所述第一电磁组件和第二电磁组件构造成能够使磁流变液产生应变，由此所述第一驱动件和第二驱动件能够选择性地驱动所述摇臂分别沿第一方向和第二方向旋转，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。

磁流变液是将微米尺寸的磁极化颗粒分散于非磁性液体(矿物油、硅油等)中形成的悬浮液。在零磁场情况下，磁流变液表现为流动性能良好的液体，其表观粘度很小。然而在强磁场作用下，磁流变液的表观粘度可在短时间(毫秒级)内增加两个数量级以上，并呈现类固体特性。而且，这种变化是连续的、可逆的，即，去掉磁场后磁流变液又恢复到原来的状态。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的，而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此磁流变液是一种用途广泛、性能优良的智能材料。磁流变液随着磁场强度的变化而产生粘度变化的过程通常称为磁流变液的应变。

根据本发明，在关节机构、尤其是用于机器人的关节机构中，驱动件通过磁流变液与摇臂相互作用(即，形成驱动连接关系)，并利用电磁组件所产生的磁场来使磁流变液产生应变。当电磁组件不产生磁场时，磁流变液表现为流动性能良好的液体，在这种情况下，驱动件与摇臂之间不形成驱动连接。也就是说，驱动件无法驱动摇臂旋转。而当电磁组件产生磁场时，磁流变液发生应变而表现为类固体，在这种情况下，驱动件与摇臂之间就形成了驱动连接。也就是说，驱动件能够驱动摇臂旋转。由于电磁组件的通断可以在很短时间内进行，而磁流变液的响应时间也非常快，因此就可以在很短时间内使得驱动件与摇臂形成驱动连接或断开驱动连接。因此，通过布置两个旋转方向不同的驱动件并根据需要来使一个或两个驱动件与摇臂形成或不形成驱动连接关系，就能够使摇臂进行所需的各种运动，以及实现快速的转向。

在一个实施例中，所述第一驱动件和第二驱动件分别与所述摇臂共同限定了密闭的第一液腔和第二液腔，在所述第一液腔和第二液腔内均填充有磁流变液。