[發明專利]一種可變剛度的柔性機器人關節

有效

• 申請號: 201611217657.9
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106737818B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 臧希喆;林珍坤;劉義祥;趙杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高志光

一種可變剛度的柔性機器人關節，它涉及一種機器人關節，以解決現有足式機器人足部與地面剛性接觸時產生的沖擊力，造成很大的能量損耗，機器人運動性能降低的問題，它包括位置調節機構、剛度調節機構和傳動機構；所述位置調節機構包括電力驅動機構、連接架和兩套直線移動器；所述傳動機構包括傳動軸、足部連接座、兩個活動桿、兩個限位塊和兩個關節軸承座；所述剛度調節機構包括兩個彈性元件和兩個連接桿；所述連接架固定連接在所述足部連接座上，所述足部連接座固定安裝在所述傳動軸上，所述足部連接座的兩側分別設置有垂直于傳動軸的一個所述活動桿，兩套所述直線移動器滑動安裝在連接架上。本發明用于雙足機器人。

技術領域

本發明涉及一種機器人關節，屬于機器人領域。

背景技術

機器人關節是機器人的重要組成部分，對足式機器人運動起著非常重要的作用。剛性關節的足式機器人在行走過程中在足部與地面接觸的瞬間會產生巨大的沖力，這種瞬間的沖擊力會對組成機器人的元器件造成一定的損害，并會影響機器人運動的穩定性，而且這種剛性接觸會使機器人在運動過程中造成很大的能量損耗，進一步降低了足式機器人的運動效率。因此，避免機器人在運動過程中與地面之間進行剛性接觸降低接觸產生的沖力對足式機器人的研究具有重要意義。學者們通過研究人類下肢運動發現，人類下肢具有足夠的柔性，不但可以讓人實現流暢、省力的雙足步行，而且可以保護下肢的關節。人類下肢靈活、節能、吸收沖擊的特點對于足式機器人來說，具有十分重要的借鑒意義。基于此，本發明提出的一種可變剛度柔性機器人關節具有可主動調節關節剛度的能力，有利于減小足式機器人足部與地面接觸時產生的沖擊力，并進一步提高機器人的能量效率。

發明內容

本發明是為解決現有足式機器人足部與地面剛性接觸時產生的沖擊力，造成很大的能量損耗，機器人運動性能降低的問題，進而提供一種可變剛度的柔性機器人關節。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：一種可變剛度的柔性機器人關節包括位置調節機構、剛度調節機構和傳動機構；所述位置調節機構包括電力驅動機構、連接架和兩套直線移動器；所述傳動機構包括傳動軸、足部連接座、兩個活動桿、兩個限位塊和兩個關節軸承座；所述剛度調節機構包括兩個彈性元件和兩個連接桿；

所述連接架固定連接在所述足部連接座上，所述足部連接座固定安裝在所述傳動軸上，所述足部連接座的兩側分別設置有垂直于傳動軸的一個所述活動桿，兩個所述活動桿的一端轉動安裝在所述傳動軸上，位于兩個所述活動桿外側的所述傳動軸的兩端各安裝有一個所述關節軸承座，且所述傳動軸能相對關節軸承座旋轉，所述關節軸承座的兩側分別固定安裝有限制所述活動桿旋轉的一個限位塊，兩個所述活動桿以所述傳動軸的軸心成中心對稱；兩個所述活動桿的上方各布置有與所述活動桿平行的一個所述連接桿，所述活動桿的另一端與所述連接桿的一端之間布置有與二者固定連接的彈性元件；

兩套所述直線移動器滑動安裝在連接架上，所述傳動軸的軸向與所述直線移動器的移動方向垂直，兩個所述活動桿和兩個所述直線移動器一一對應布置，所述電動驅動機構的輸出端帶動所述兩套直線移動器在各自對應的所述活動桿上相向摩擦移動。

進一步地，所述電力驅動機構包括驅動電機和齒輪，每套直線移動器包括齒條、滑動件和觸點桿，所述連接架上并列設置有兩個滑軌；所述傳動軸與兩個所述滑軌垂直設置，所述滑動件滑動安裝在所述滑軌上，所述齒條與所述滑動件連接，所述滑動件的端部連接有接觸所述活動桿的觸點桿，所述驅動電機的軸向豎向設置，所述驅動電機的輸出端連接有所述齒輪，所述齒輪與兩個所述齒條均嚙合。

進一步地，所述連接架還包括兩套定位裝置，所述滑軌為圓柱形導向桿，所述滑動件為直線軸承，所述直線軸承安裝在所述圓柱形導向桿上，兩套所述定位裝置與兩套直線移動器一一對應設置，每套所述定位裝置包括上板、下板和連接板；所述上板和所述下板間距設置并分別與所述連接架連接，所述齒條布置在所述上板和所述下板之間并支撐在所述下板上，所述齒條通過連接板與所述直線軸承連接。