[發明專利]一種用于柔性機器人關節上使用金屬橡膠的彈性元件

在審

• 申請號: 201711185460.6
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107939906A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 趙杰;王繼龍;張赫;臧希喆;樊繼壯;劉玉斌;劉剛峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16F15/08
• 分類號: F16F15/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 孟憲會

技術領域

本發明涉及一種旋轉型減振彈性元件，具體涉及一種用于柔性機器人關節上的使用金屬橡膠材料的被動減振彈性元件，屬于機器人領域。

背景技術

隨著機器人應用領域不斷拓展，越來越多的機器人走出隔離間，工作在有人類存在的環境中，這對機器人運行的安全性提出了很高要求。為了保證人類的安全，采用串聯彈性驅動器的柔性機器人不斷問世。通過在機器人關節的電機減速器輸出端和負載之間串聯扭簧等柔性元件，減小了機器人的輸出阻抗，提高了機器人的安全性。但是，機器人關節柔性的提高，使機器人運作時產生振動，從而大大降低了機器人位置控制的精確性。為了抑制機器人振動，可采用主動、半主動和被動三種減振方法。主動振動控制是利用控制算法減小振動，可靠性差。半主動振動控制需要額外增加電機等控制元件，體積大，構造復雜。哈爾濱工業大學機器人研究所曾設計一款被動減振的彈性元件，該元件采用普通橡膠作為阻尼減振材料，結構簡單，但橡膠材料本身性質不穩定，易氧化，在周期載荷作用下工作壽命有限，因此，需要尋找更合適的阻尼減振材料替代普通橡膠。

綜上所述，現有抑制柔性機器人振動采用主動振動控制存在可靠性差的問題；采用半主動振動控制存在需要額外增加電機等控制元件，體積大，構造復雜的問題；采用普通橡膠材料做成的被動減振彈性元件存在性質不穩定、壽命有限的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有抑制柔性機器人振動采用主動振動控制存在可靠性差的問題；采用半主動振動控制存在需要額外增加電機等控制元件，體積大，構造復雜的問題；采用普通橡膠材料做成的被動減振彈性元件存在性質不穩定、壽命有限的問題。進而提供一種用于柔性機器人關節上使用金屬橡膠的彈性元件。

本發明的技術方案是：一種用于柔性機器人關節上使用金屬橡膠的彈性元件，它包括外圈基本體、內圈基本體、擋板、軸承和多個金屬橡膠片，內圈基本體同軸內嵌到外圈基本體內，軸承安裝在內圈基本體上，多個金屬橡膠片內嵌到外圈基本體和內圈基本體圍合區域的密封空間內，擋板安裝在外圈基本體上，且擋板將多個金屬橡膠片、內圈基本體和軸承均包圍在外圈基本體內。

進一步地，外圈基本體包括外圈和外圈擋板，外圈為圓環形外圈，外圈的圈體沿其自身的軸線方向開設多個連接孔，外圈擋板呈環形陣列的方式固定安裝在外圈的內側壁上。

進一步地，外圈和外圈擋板制成一體。

進一步地，內圈基本體包括內圈、內圈底板和多個內圈擋板，內圈固定安裝在內圈底板的中心，多個內圈擋板環形陣列安裝在內圈底板上，且多個內圈擋板位于內圈的外側。

進一步地，外圈擋板與內圈擋板交錯布置。

進一步地，內圈、內圈底板和多個內圈擋板制成一體。

進一步地，外圈基本體、內圈基本體、擋板、軸承和多個金屬橡膠片的軸線重合。

進一步地，擋板的周邊有若干通孔，擋板通過螺栓連接在外圈基本體上，同時該螺栓組將彈性元件與機器人負載端相連。

本發明與現有技術相比具有以下效果：

1、本發明首次采用金屬橡膠材料制作彈性元件用于機器人關節中，由于采用金屬橡膠，本發明的彈性元件能產生10°以上的彈性變形，賦予機器人關節更大的柔性。

2、本發明的金屬橡膠材料是典型的阻尼減振材料，與普通橡膠相比，其利用金屬絲間的摩擦產生阻尼，阻尼特性更大，減振效果更好，且其物理性質更穩定，使用壽命更長。同時作為被動減振方案，使得本發明結構簡單，工作可靠，是理想的振動控制方案。

3、本發明的金屬橡膠具有非線性剛度特性，采用本發明的機器人關節能實現更大的力矩輸出范圍和剛度調節范圍。

4、本發明具有較大的輸出力矩，能實現幾十Nm到幾百Nm的扭矩輸出,能夠驅動大負載。

附圖說明

圖1是本發明的彈性元件裝配圖剖面視圖；圖2為彈性元件的爆炸示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1至圖2說明本實施方式，本實施方式的一種用于柔性機器人關節上的被動減振彈性元件，它包括外圈基本體1、內圈基本體2、擋板4、軸承5和多個金屬橡膠片3，內圈基本體2同軸內嵌到外圈基本體1內，軸承5安裝在內圈基本體2上，多個金屬橡膠片3內嵌到外圈基本體1和內圈基本體2圍合區域的密封空間內，擋板4安裝在外圈基本體1上，且擋板4將多個金屬橡膠片3、內圈基本體2和軸承5均包圍在外圈基本體1內。