[實用新型]一種凸輪結構變剛度彈性關節

有效

• 申請號: 201520847579.5
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN205201558U
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 高文翔;湯卿;李超;葉北發;王袈歡;姚進
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及機器人技術領域，具體涉及一種凸輪結構變剛度彈性關節。

背景技術

隨著科技的飛速發展，機器人技術在現階段的應用是非常廣泛的，尤其是在工業領域內。目前，隨著機器人技術向柔性方面的發展，多臺機器人的協同工作，以及機器人與人之間的交互作用等越來越普遍。這種現象的出現，必將對機器人的柔性技術和適應性要求有所提高。這也是現階段國內外研究的熱點。

從機器人的整個組成結構來看，機器人關節是機器人實現各種運動的關鍵零部件。現有機器人技術應用較多的主要是剛性關節和彈性關節。針對變剛度機器人關節的應用技術是比較少的。

變剛度機器人彈性關節能夠根據任務要求，實時調節關節剛度，從而提高機器人的適應性。變剛度關節驅動器可能的應用領域包括：提升服務機器人人機交互的安全性；在假肢關節中應用可以有效地抵抗外力的沖擊，保護關節免遭破壞。變剛度機器人彈性關節能夠有效地提高機器人對環境的適應性并擴大機器人的應用領域，具有廣泛的應用前景。

研究如何提高機器人的適應性的過程中。通常使用被動柔性和主動力控制來提高機器人的適應性。被動柔性難以進行主動控制，應用面較窄。主動力控制對力傳感器的精度、采樣頻率的帶寬和控制算法的實時性要求較高；其安全性難以保證，且魯棒性較低，能量消耗較大。

國外對變剛度機器人彈性關節的研究比較多，主要集中在實現結構的變剛度，能量效率的優化，以及控制方法的研究。但從國外所設計很多結構來看，其結構還是存在很多問題，如變剛度機器人關節結構復雜，變剛度特性差，控制復雜，能量消耗大，安全性較低等。

發明內容

本實用新型的目的是為了克服現有變剛度機器人彈性關節的結構相對復雜，變剛度特性差，控制復雜，能量消耗大，安全性較低，提供一種結構簡單，可以實現在機器人關節運動過程中剛度實時可調的機器人變剛度結構。

本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現的：

一種凸輪結構變剛度彈性關節，由外殼（1）、軸（5）和外圈（2）組成；其特征在于所述軸（5）設置于外殼（1）的回轉中心，并且與外殼（1）之間為固定連接，外殼（1）與外圈（2）之間為轉動副連接；所述外圈（2）上徑向安裝有對稱的多個彈簧片（7），每個彈簧片（7）一端與外圈（2）固聯，另一端穿過彈簧（3）與軸（5）固聯；所述彈簧（3）一端連接在軸（5）上，另一端連接在滑動塊（8）上；所述滑動塊（8）安裝在彈簧片（7）中間部位，隨彈簧片（7）對稱分布，且與彈簧片（7）之間為滑動連接；所述軸（5）上安裝有凸輪盤（6），凸輪盤（6）為中心對稱結構，且凸輪盤（6）與軸（5）之間為轉動副連接；所述每個滑動塊（8）上端均設置有凸輪滾子（9），凸輪盤（6）與凸輪滾子（9）構成凸輪傳動。

上述方案中，所述一種凸輪結構變剛度彈性關節還包括固定塊（4）結構，固定塊（4）固定連接在軸（5）上，且中間設置有滑塊（8）的滑動槽，滑塊（8）可在滑動槽中相對于固定塊（4）滑動。

上述方案中，所述凸輪盤的中心對稱結構具體為：凸輪盤上，對應于滑動塊上的凸輪滾子處，設置有凸輪行程輪廓，多個凸輪行程輪廓以凸輪盤中心對稱分布。

上述方案中，所述凸輪盤（6）與滑動塊（8）上的凸輪滾子（9）之間為凸輪傳動，凸輪盤（6）的行程輪廓為多項式曲線輪廓、正弦曲線輪廓、余弦曲線輪廓、螺旋線輪廓等，不同的行程輪廓決定了彈性關節不同剛度的曲線特性。

上述方案中，所述滑動塊（8）在彈簧片（7）上滑動的有效長度決定了彈簧片（7）的剛度可控范圍。

上述方案中，所述彈簧（3）為拉彈簧，對于凸輪盤（6）與滑動塊（8）上凸輪滾子（9）之間的凸輪傳動具有預緊作用，同時在凸輪回旋時，對滑動塊有回復作用。

上述方案中，所述滑動塊（8）內槽兩端安裝有滾子，在滑動塊（8）沿彈簧片（7）滑動的過程中，實現變滑動摩擦為滾動摩擦，有效地減小了能量的損失，減小了驅動電機的起動力矩。

上述方案中，更進一步，所述滑動塊（8）外側兩端也安裝有滾子，在滑動塊（8）沿固定塊（4）上的滑動槽滑動的過程中，實現變滑動摩擦為滾動摩擦。

上述方案中，所述彈簧片（7）為多個彈簧薄片的疊加結構，使得變剛度彈性關節的力學性能更好。