[實用新型]一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320029274.4
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN203020440U
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周建軍;張亞平;明瑞松
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于服務(wù)機器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈。

背景技術(shù)

服務(wù)機器人不同于一般的工業(yè)機器人，因為它不是固定在一個位置上。強調(diào)一下玩具機器人這種機器人具有靈活的行走系統(tǒng)，可到達一些人不易或不益到達的場合，完成人或智能系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的工作。相對于輪式或履帶式機器人，其靈活性好、工作空間寬闊、移動“盲區(qū)”小、耗能小、逾越障礙能力強、可適應(yīng)復(fù)雜地面，這些特點決定了雙足步行機器人在實際應(yīng)用中無可比擬的優(yōu)越性，所以，雙足步行機器人具有更加廣闊的發(fā)展前景。

雙足步行機器人的關(guān)鍵技術(shù)之一是具有可靠的行走機構(gòu)，其行走時的速度、平穩(wěn)性直接影響機器人的工作能力與效率。在行走過程中，機器人腳底與地面接觸會受到?jīng)_擊，產(chǎn)生振動，這種沖擊會通過踝關(guān)節(jié)傳遞都機器人的整個軀干，對機器人各個關(guān)節(jié)的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，使其動態(tài)平衡受到干擾，導(dǎo)致步態(tài)不穩(wěn)定；并且會對機器人關(guān)節(jié)內(nèi)部的電機、減速器等造成損傷，影響機器人行走速度、運動精度和穩(wěn)定性控制。所以，在機器人腳步機構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮吸收沖擊、存儲能量等問題。

為了解決上述問題，目前已經(jīng)研制出多種在走路期間能夠吸收沖擊的雙足步行機器人腳部結(jié)構(gòu)。

浙江大學(xué)的朱秋國等人開發(fā)了專利號CN102632508A一種適用于機器人關(guān)節(jié)的平面扭簧，該方案包括扭簧外圈，扭簧內(nèi)圈和若干彈性體，彈性體沿圓周均勻分布，兩端分別連接扭簧外圈和扭簧內(nèi)圈，每個彈性體由對稱的兩個彈性體單元組成，每個彈性體單元包括外圓孔槽、內(nèi)圓孔槽和連接梁，扭簧內(nèi)圈和內(nèi)圓孔槽之間、內(nèi)圓孔槽和外圓孔槽之間以及外圓孔槽和扭簧外圈之間均由連接梁連接。平面扭簧的扭簧內(nèi)圈在轉(zhuǎn)動時通過連接梁帶動內(nèi)圓孔槽發(fā)生彈性變形，內(nèi)圓孔槽繼而通過連接梁帶動外圓孔槽發(fā)生彈性變形，通過內(nèi)圓孔槽和外圓孔槽的串聯(lián)彈性變形，實現(xiàn)了扭簧的大角度變形。但是該發(fā)明只是實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的緩沖，對于扭轉(zhuǎn)和直線位移沒有緩沖。

清華大學(xué)的陳懇等人申請的專利號CN101161427A仿生踝關(guān)節(jié)中，踝關(guān)節(jié)采用關(guān)節(jié)軸承，軸承內(nèi)圈與小腿連接，軸承外圈與足連接，外圈相對于內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，帶動機器人足相對于小腿運動。踝關(guān)節(jié)的抬起伸直運動、繞小腿軸線的旋轉(zhuǎn)運動，分別通過一對氣動肌肉控制，踝關(guān)節(jié)的側(cè)向擺動通過一對彈簧控制。該發(fā)明可以實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)三軸同心的靈活運動，利于降低能量損耗且能達到緩沖的效果，但是該關(guān)節(jié)是從結(jié)構(gòu)上出發(fā)通過零件的組合使用來達到這些功能，無形中使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、控制難度加大了。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供了一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈。

本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：它主要由圓盤和四個柔性支撐單元組成，四個柔性支撐單元沿圓盤的圓周方向均勻分布，構(gòu)成一個并聯(lián)機構(gòu)；每個柔性支撐單元包含支撐板、第一柔性連桿、連接板和第二柔性連桿，支撐板和連接板之間有第一柔性連桿，連接板和圓盤之間有第二柔性連桿；第一柔性連桿和第二柔性連桿上都開有圓弧槽口；支撐板上開有固定孔；圓盤上開有連接孔。

本實用新型的有益效果：本實用新型所使用的雙向可變剛度的柔性鉸鏈的支撐板與機器人腳底板連接，圓盤與機器人踝關(guān)節(jié)支承座連接；當(dāng)機器人腳部著地時，圓盤通過柔性連桿帶動連接板、連接板通過柔性連桿部分帶動支撐板產(chǎn)生直線位移或俯仰角或翻滾角，使其剛度發(fā)生變化；從而明顯提高了機器人在應(yīng)對足部著地沖擊時的自我調(diào)整能力，使仿人機器人行走時更加平穩(wěn)、舒適；同時可以吸收著地時沖擊產(chǎn)生的能量，抬腳起步時，被壓縮的柔性鉸鏈可釋放彈性變形能，在機器人的行走過程中起到節(jié)能的目的。

附圖說明

圖1是本實用新型的機構(gòu)簡圖；

圖2是本實用新型的三維立體圖；

圖3是本實用新型的平面圖；

圖4是本實用新型軸向受力時的形變示意圖；

圖中，支撐板1、連接板2、圓弧槽口3、圓盤4、連接孔5、固定孔6、柔性連桿7、柔性連桿8。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1和圖2所示，本實用新型由圓盤4和四個柔性支撐單元組成，四個柔性支撐單元沿圓盤4的圓周方向均勻分布，構(gòu)成一個并聯(lián)機構(gòu)；每個柔性支撐單元包含支撐板1、柔性連桿7、連接板2和柔性連桿8，支撐板1和連接板2之間有柔性連桿7，連接板2和圓盤4之間有柔性連桿8。