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一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的制造方法

文檔序號:10186881閱讀:969來源:國知局
一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及新型服務(wù)與醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人領(lǐng)域,具體地說是一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002]人機(jī)接觸、交互、合作正在成為新一代機(jī)器人發(fā)展的主流方向。傳統(tǒng)機(jī)器人被設(shè)計(jì)為禁止在工作時(shí)與人接觸,以保證人身安全。對于新型服務(wù)機(jī)器人來說,與人和環(huán)境的接觸正在發(fā)展成為不可避免的趨勢,而對于新型服務(wù)醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人,這種接觸更將必然發(fā)生。
[0003]由于傳統(tǒng)機(jī)器人的工作場合往往具有結(jié)構(gòu)化或無人化的特點(diǎn),并且在這些場合中應(yīng)用的機(jī)器人常常被隔離在安全圍欄中用于做固定模式的重復(fù)勞動,同時(shí)通過在其周圍設(shè)置各種類型的傳感器以判斷人員的接近并發(fā)出安全警報(bào)。這些采用靜態(tài)安全設(shè)備的機(jī)器人只能完成程序化的工作,并且不具備與人交互的能力,因此無法直接利用來輔助人完成各種復(fù)雜多變的日常行為和康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)。
[0004]新一代機(jī)器人將應(yīng)用到越來越廣泛的服務(wù)與醫(yī)療領(lǐng)域,并且人與機(jī)器人也將越來越緊密的合作,尋求新型人機(jī)交互的安全保障手段將成為急需突破的實(shí)際難題。
[0005]常見的人機(jī)安全保護(hù)手段有安裝力/力矩傳感器、設(shè)置接近傳感器和限制機(jī)器人運(yùn)動速度等。但是安裝昂貴的力/力矩傳感器會大幅增加機(jī)器人成本,且力/力矩傳感器為剛性元件,只能起到力/力矩檢測功能,難以實(shí)現(xiàn)自動的安全反應(yīng)。而接近傳感器只能檢測到一定區(qū)域的人機(jī)相對位置,安全范圍過于保守。而通過降低運(yùn)動速度來獲得安全性的方式大大限制了機(jī)器人潛力的發(fā)揮,無法體現(xiàn)出機(jī)器人的靈活性和工作高效性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本實(shí)用新型提供一種具有機(jī)械柔性,能夠保證人機(jī)接觸安全舒適的新的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動器,使得機(jī)器人關(guān)節(jié)具有機(jī)械的柔順性和可調(diào)整的剛度。
[0007]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器,包括電機(jī)控制器通過信號線與旋轉(zhuǎn)編碼器連接,電機(jī)控制器通過電力線與直流電機(jī)連接,對直流電機(jī)進(jìn)行伺服控制;
[0009]電機(jī)控制器通過總線連接實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),接收計(jì)算機(jī)在每個(gè)控制周期所生成的控制量,并對直流電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制;
[0010]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端連接實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),輸入端連接模擬多路選擇器,接收選擇信號;
[0011 ]旋轉(zhuǎn)編碼器、直流電機(jī)和減速箱依次連接;
[0012]換向器的輸入端連接減速箱,輸出端的輸出軸線上設(shè)置由依次固定連接的彈性元件、彈簧連桿轉(zhuǎn)接件和機(jī)器人關(guān)節(jié)連桿組成的傳動機(jī)構(gòu);
[0013]第一絕對角度傳感器同軸設(shè)置于彈性元件上,用于測量換向器輸出軸的絕對位置;第二絕對角度傳感器設(shè)置于所述機(jī)器人關(guān)節(jié)連桿,用于測量機(jī)器人關(guān)節(jié)連桿的絕對位置;所述第一絕對角度傳感器和第二絕對角度傳感器的輸出端連接所述模擬多路選擇器的模擬輸入端。
[0014]所述彈性元件為一種平面螺旋線形的線性元件,截面為矩形。
[0015]所述直流電機(jī)為內(nèi)置霍爾傳感器的直流無刷電機(jī),所述霍爾傳感器通過信號線連接電機(jī)控制器。
[0016]所述模擬多路選擇器為二選一模擬多路選擇器,具有三個(gè)輸入端口,分別是選通端口、第一模擬輸入端口和第二模擬輸入端口,具有一個(gè)輸出端口為模擬輸出端口。
[0017]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)通用數(shù)字I/O端口,A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道與模擬多路選擇器的模擬輸出端口相連,通用數(shù)字I/O端口與模擬多路選擇器的選通端口相連,用于選通相應(yīng)的絕對角度傳感器,并將被選通的絕對角度傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0018]絕對角度傳感器的輸出量在系統(tǒng)掉電的情況下不丟失。
[0019]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0020]本實(shí)用新型能夠?qū)C(jī)器人手臂的質(zhì)量和機(jī)器人底座的質(zhì)量通過彈性元件隔離開來,當(dāng)人或環(huán)境和機(jī)器人發(fā)生物理碰撞的過程中,通過彈性元件的吸收和釋放能量來產(chǎn)生緩沖效果從而減小人與環(huán)境和機(jī)器人碰撞力的大小,避免對人和環(huán)境造成傷害,以獲得在不同工況下需要的不同關(guān)節(jié)剛度,有助于擴(kuò)展該機(jī)器人的使用范圍。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)框圖;
[0022]圖2為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的立體示意圖;
[0023]圖3為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的連桿角度傳感器主視圖;
[0024]圖4為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的減速箱角度傳感器和電機(jī)控制器主視圖;
[0025]圖5為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的彈性元件主視圖;
[0026]圖6為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的彈性元件安裝示意圖;
[0027]其中1為旋轉(zhuǎn)編碼器,2為直流無刷電機(jī),3為減速箱,4為彈性元件,5為彈簧連桿轉(zhuǎn)接件,6為機(jī)器人關(guān)節(jié)連桿,7為第二絕對角度傳感器,8為第一絕對角度傳感器,9為模擬多路選擇器,10為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),11為實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),12為電機(jī)控制器,13為換向器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0029]如圖1所示為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器主要包括:增量式光電脈沖編碼器1,每圈可計(jì)數(shù)2000個(gè)脈沖,實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出軸的精確控制;帶霍爾傳感器的直流無刷電機(jī)2,用于提供驅(qū)動力輸出;減速箱3,用于降低轉(zhuǎn)速,提高驅(qū)動力矩;彈性元件4,能有效隔離機(jī)器人基座慣性負(fù)載,緩沖吸收沖擊能量;彈簧連桿轉(zhuǎn)接件5,用于連接彈性元件與機(jī)器人關(guān)節(jié)連桿;機(jī)器人關(guān)節(jié)連桿6;第一絕對角度傳感器8、第二絕對角度傳感器7,分別安裝于減速箱3輸出軸和機(jī)器人關(guān)節(jié)連桿6軸上,用于測量兩個(gè)軸轉(zhuǎn)動的絕對位置;模擬多路選擇器9,分別選通每個(gè)角度傳感器進(jìn)行角度測量;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10,控制多路選擇器選通某個(gè)角度傳感器,將角度傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11,定時(shí)采集角度傳感器信息,并控制電機(jī)按照控制算法轉(zhuǎn)動;電機(jī)控制器12,采集光電脈沖編碼器1和直流無刷電機(jī)2內(nèi)部的霍爾傳感器信號并對直流無刷電機(jī)2進(jìn)行實(shí)際控制。
[0030]如圖2所示本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的立體示意圖。旋轉(zhuǎn)光電脈沖編碼器1、直流無刷電機(jī)2、減速箱3在機(jī)械結(jié)構(gòu)上為同軸線安裝,并通過換向器13轉(zhuǎn)換傳動方向,從而保證緊湊的關(guān)節(jié)安裝空間。電機(jī)控制器12安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)上,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的集成度。
[0031]如圖3所示為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的連桿角度傳感器主視圖;第二絕對角度傳感器7與二選一模擬多路選擇器9安裝于同一塊PCB板上,節(jié)約了安裝空間,減小了走線長度,降低了信號干擾,提高了角度傳感器輸出模擬信號的精度。
[0032]如圖4所示為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的減速箱角度傳感器和電機(jī)控制器主視圖。電機(jī)控制器12安裝于換向器13背面,采用EtherCAT現(xiàn)場總線與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11通信,方便構(gòu)成多級關(guān)節(jié)組成的多自由度機(jī)器人系統(tǒng)。
[0033]如圖5所示為本實(shí)用新型的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器的彈性元件主視圖。彈性元件4采用阿基米德螺旋線形平面渦卷彈簧形式,具有結(jié)構(gòu)緊湊,線性度好,占用空間小的優(yōu)
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