1.一种基于行星滚柱丝杠副的柔性直线机器人关节,其特征在于,包括:
反向式行星滚柱丝杠副,包括丝杆(11)、滚柱(12)、螺母(13)、保持架(9)和卡簧(10);
所述丝杆(11)由下至上依次包括丝杆下侧光轴段(111)、第一丝杆齿段(112)、丝杆螺纹段(113)、第二丝杆齿段、丝杆滑动导柱固定段(114)和丝杆上侧光轴段(115),所述丝杆下侧光轴段(111)开有环形的第一沟槽(117),所述第二丝杆齿段与所述丝杆滑动导柱固定段(114)之间开有环形的第二沟槽(116);所述滚柱(12)包括滚柱光轴段(121)、滚柱螺纹段(122)和滚柱齿段(123);所述丝杆(11)与所述螺母(13)同轴安装,滚柱(12)位于所述丝杆(11)与所述螺母(13)之间,并沿着丝杆(11)圆周方向均匀分布;所述滚柱螺纹段(122)与所述丝杆螺纹段(113)啮合,所述滚柱齿段(123)与所述第一丝杆齿段(112)和第二丝杆齿段啮合;保持架(9)设有两个,分别安装于滚柱(12)两端的滚柱光轴段(121)上,用于保持运动过程中滚柱(12)位置,卡簧(10)也设有两个,分别卡在丝杆(11)的第一沟槽(117)和第二沟槽(116)处,用于限定保持架(9)的轴向位移;
空心臂力矩电机(14),安装于螺母(13)的外侧,可带动螺母(13)转动;
关节壳体,包括关节上壳体(3)、关节中壳体(8)和关节下壳体(17),所述关节下壳体(17)套设于空心臂力矩电机(14)外侧,所述关节中壳体(8)位于所述关节下壳体(17)之上且位于螺母(13)上端的外侧,所述关节上壳体(3)位于所述关节中壳体(8)之上;
关节输出端盘(1),贯穿设于所述关节上壳体(3)上端中部,并与所述关节输出端盘(1)上下滑动连接;
绝对式角度编码器,用于测量螺母(13)转动角度,从而获得柔性直线机器人关节的输入角度;
线性异形弹簧(6),其刚度是线性的,采用中空结构,并通过在空心圆柱侧面挖除部分材料,线性异形弹簧(6)套设于丝杆上侧光轴段(115)外,其一端抵在丝杆滑动导柱固定段(114)上端面,另一端抵住关节输出端盘(1)下端;
红外位置传感器,用于测量线性异形弹簧(6)的形变量;
滑动导柱(4),围绕所述线性异形弹簧(6)圆周均匀分布,一端固定于丝杆滑动导柱固定段(114)上,另一端穿过所述关节输出端盘(1)下端并与所述关节输出端盘(1)滑动连接,用于关节输出端盘(1)的支撑及限位,使关节输出端盘(1)只会有轴向运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于行星滚柱丝杠副的柔性直线机器人关节,其特征在于,所述滚柱(12)的数量为六根。
3.根据权利要求1所述的一种基于行星滚柱丝杠副的柔性直线机器人关节,其特征在于,所述关节输出端盘(1)通过滑动轴承(2)可上下滑动的与所述关节输出端盘(1)连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于行星滚柱丝杠副的柔性直线机器人关节,其特征在于,所述绝对式角度编码器包括绝对式角度编码器读数头(15)和绝对式角度编码器刻度盘(16),所述绝对式角度编码器读数头(15)通过螺钉安装于螺母(13)的下端部,所述绝对式角度编码器刻度盘(16)通过螺钉固定于关节下壳体(17)内壁底端;绝对式角度编码器读数头(15)随着螺母(13)转动而记录柔性直线机器人关节的输入角度。
5.根据权利要求1所述的一种基于行星滚柱丝杠副的柔性直线机器人关节,其特征在于,所述红外位置传感器包括红外位置传感底座(5)和红外位置传感读数头(7),所述红外位置传感底座(5)安装于关节输出端盘(1)底面,红外位置传感读数头(7)安装于丝杆滑动导柱固定段(114)的上端面。
6.根据权利要求1所述的一种基于行星滚柱丝杠副的柔性直线机器人关节,其特征在于,所述滑动导柱(4)数量为四根。
7.如权利要求1~6任一所述的一种基于行星滚柱丝杠副的柔性直线机器人关节的使用方法,其特征在于,具体如下:
S1、空心臂力矩电机(14)作为柔性直线机器人关节的动力输入,当空心臂力矩电机(14)通电后,其带动反向式行星滚柱丝杠副的螺母(13)旋转;由于螺母(13)与滚柱(12)存在螺旋升角差,从而螺母(13)带动滚柱(12)既做周向旋转运动,同时做轴向运动;由于滚柱(12)与丝杆(11)无螺旋升角差,滚柱(12)与丝杆(11)同步做轴向运动,且不产生轴向位移差;丝杆(11)轴向运动通过线性异形弹簧(6)传递至关节输出端盘(1),从而实现关节直线输出;
S2、当关节输出端盘(1)有外部负载且柔性直线机器人关节运行时,线性异形弹簧(6)产生压缩变形;通过红外位置传感器记录关节输出端盘(1)的实际轴向位移量D1,绝对式角度编码器记录螺母(13)的转动角度θ1,根据反向式行星滚柱丝杠副的参数将螺母(13)的转动角度θ1转化为丝杆(11)的理论轴向位移D2,从而获得线性异形弹簧(6)的形变量为D0=D2‑D1;将线性异形弹簧(6)的刚度K乘以形变量D0,得到柔性直线机器人关节的轴向输出力,从而实现柔性直线机器人关节的实时力控。