[發明專利]一種用于柔性機器人關節上能測力矩的被動減振彈性元件

有效

• 申請號: 201711185466.3
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107962591B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 趙杰;張赫;王繼龍;朱延河;劉玉斌;樊繼壯;劉剛峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 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

一種用于柔性機器人關節上能測力矩的被動減振彈性元件，它涉及一種被動減振彈性元件。本發明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需要額外增加電機等控制元件，存在體積大，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不能準確估計承受的力矩的問題。本發明的金屬材料本體包括外圈鋼體、兩個應變梁、凹凸曲線形簧片和內圈鋼體，外圈鋼體同軸套裝在內圈鋼體上，外圈鋼體和內圈鋼體之間通過凹凸曲線形簧片和兩個應變梁連接，多個橡膠片安裝在凹凸曲線形簧片上，電阻式應變片安裝在應變梁上。本發明用于柔性機器人關節的關節驅動，兼具力矩感知和被動減振作用。

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能測量力矩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采用扇形橡膠片設計一款被動減振的柔性元件，但由于橡膠材料在受到周期性載荷時具有滯回特性，其承受的力矩和彈性變形不具有一一對應關系，因此不能準確估計其承受的力矩。

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需要額外增加電機等控制元件，存在體積大，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不能準確估計承受的力矩的問題。

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需要額外增加電機等控制元件，存在體積大，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不能準確估計承受的力矩的問題。進而提供一種用于柔性機器人關節上能測力矩的被動減振彈性元件。

本發明的技術方案是：一種用于柔性機器人關節上能測力矩的被動減振彈性元件，它包括金屬材料本體、多個電阻式應變片和多個橡膠片，金屬材料本體包括外圈鋼體、兩個應變梁、凹凸曲線形簧片和內圈鋼體，外圈鋼體同軸套裝在內圈鋼體上，外圈鋼體和內圈鋼體之間通過凹凸曲線形簧片和兩個應變梁連接，多個橡膠片安裝在凹凸曲線形簧片上，電阻式應變片安裝在應變梁上。

進一步地，外圈鋼體、兩個應變梁、凹凸曲線形簧片和內圈鋼體制成一體。

進一步地，兩個應變梁的一端均與外圈鋼體連接，兩個應變梁的另一端與凹凸曲線形簧片連接，凹凸曲線形簧片與內圈鋼體連接。

進一步地，兩個應變梁對稱分布并與外圈鋼體連接。

進一步地，多個橡膠片通過激光焊接技術粘貼在凹凸曲線形簧片上。

進一步地，多個電阻式應變片的數量為四個，每個應變梁的兩側各安裝有一個電阻式應變片。

進一步地，外圈鋼體上設有多個外圈連接通孔。

本發明與現有技術相比具有以下效果：

1、本發明的彈性元件采用的橡膠材料，即作為彈性體使機器人關節產生柔性，又作為阻尼減振材料，減小機器人關節運動時產生的振動。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。

2、本發明設有應變梁，其上貼有電阻式應變片，能夠感知彈性元件承受的扭轉載荷，起到力矩傳感器的作用。即本發明的彈性元件是集柔性變形和力矩感知于一體的。