[发明专利]一种具有柔性触觉传感器的大负载模块化机器人关节

说明书

本发明为一种具有柔性触觉传感器的大负载模块化机器人关节，该机器人关节包括柔性触觉传感器、关节控制腔体、关节腔体、关节机械传动部分、关节回转体，关节控制腔体、关节腔体、关节回转体形成表面光滑的圆柱体，关节机械传动部分一部分位于关节腔体的空腔内，一部分位于关节腔体、关节回转体之间的空间内，柔性触觉传感器贴附在关节控制腔体、关节腔体的外表面；关节机械传动部分为差动结构，差动结构的输出能够带动关节回转体实现两个相互垂直的旋转自由度。本发明整体机构外形圆滑，为一个高集成化的模组，可单独使用，也可与其他组件或相同几个模组进行配合使用，光滑的关节结构外表面可以贴附触觉传感器从而提高人机交互的能力。

技术领域

本发明属于服务机器人技术领域，具体涉及一种具有柔性触觉传感器的大负载机器人关节。

背景技术

目前机器人关节多为串联结构，即电机通过减速之后带动输出连杆进行转动。在关节尺寸约束同时又需要大负载的工况下，如护理机器人搀扶、抱起被护理人的场景，传统的串联式结构很难兼顾结构尺寸和输出扭矩的要求，同时传统的串联式结构复杂其表面无法满足使用需求。

另外，传统的串联式机器人关节组成的机械臂，如常见的协作型机械臂，外形不规则，而人的手臂外形基本光滑，也就是传统的串联式关节组成的机械臂很难用在人手臂的仿生结构设计中，即不平整的结构表面很难贴附触觉传感器，缺少人机交互能力。

此外，传统的机器人关节结构在设计时不考虑后续的二次开发，结构中没有预留后续传感器部分的放置空间和控制接口，更没有与其配套的触觉传感器。而目前机器人的研究中，类似于人皮肤的触觉传感器在机器人多传感器融合技术中的地位越来越重要，随着触觉传感器的发展，仿人型机器人中触觉的使用也越来越普遍。

综上，目前还没有一款机器人关节，可以同时满足大负载、外形光滑、低重量、集成柔性触觉传感器这些要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有机器人关节中存在的输出扭矩小、不具备配套的柔性触觉传感器、由关节组成的机械臂外形凸起影响人机接触舒适性、不具备可移植性的缺陷，提出了一种大负载、高度模块化、表面平滑、具备配套柔性触觉皮肤传感器的机器人关节。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有柔性触觉传感器的大负载模块化机器人关节，其特征在于，该机器人关节包括柔性触觉传感器、关节控制腔体、关节腔体、关节机械传动部分、关节回转体，关节控制腔体、关节腔体、关节回转体形成表面光滑的圆柱体，关节机械传动部分一部分位于关节腔体的空腔内，一部分位于关节腔体、关节回转体之间的空间内，柔性触觉传感器贴附在关节控制腔体、关节腔体的外表面；

关节机械传动部分为差动结构，差动结构的输出能够带动关节回转体实现两个相互垂直的旋转自由度；关节控制腔体用于安装关节机械传动部分的驱动元件和传感器采集元件。

所述关节控制腔体包括关节连接件、两个驱动器安装板、两个驱动器、数据采集板、两个腔体外壳；

所述关节连接件具有上下直径相等的两个环形盘，上部的环形盘中心具有通孔，两个环形圆盘之间通过具有空腔的圆柱筒连接，环形盘与圆柱筒之间通过螺栓连接在一起；在两个环形盘的一侧设置有两个圆形开口，下环形盘上的圆形开口让关节腔体中的线到关节控制腔体中，上环形盘上的圆形开口把电源线和控制线露出来让使用者接到自己控制器中；

所述腔体外壳为半圆弧形，腔体外壳的直径与环形盘的外径一致，腔体外壳的高度与两个环形盘之间的距离相当，两个腔体外壳包裹固定在关节连接件的侧面上，两个腔体外壳和关节连接件形成一个圆柱体，两个腔体外壳与关节连接件之间也通过螺栓固定在一起；

在每个腔体外壳和圆柱筒之间的空间内通过驱动器安装板安装有驱动器，两个驱动器对称安装；数据采集板用于采集柔性触觉传感器的数据，也安装在腔体外壳和圆柱筒之间的空间，并与关节连接件固定在一起，数据采集板与粘附在腔体外壳上的柔性触觉传感器电连接。