[發明專利]一種機器人關節變剛度執行器

有效

• 申請號: 201711456376.3
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108262763B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 劉玉旺;劉霞剛;陳吉彪;程強;楊尚奎
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J19/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 何麗英

本發明屬于機器人關節技術領域，特別涉及一種機器人關節變剛度執行器。包括動力輸出裝置及兩組動力輸入裝置，其中動力輸出裝置包括動力輸出架、絲杠及摩擦圓臺，所述絲杠安裝在動力輸出架上、且與兩個摩擦圓臺螺紋連接，兩個所述摩擦圓臺的小直徑端相對應，兩組所述動力輸入裝置可轉動地安裝在所述動力輸出架的兩側、且均與兩個所述摩擦圓臺摩擦連接；通過改變兩組所述動力輸入裝置的相對轉向，從而對關節轉角和關節剛度進行控制。本發明將兩個動力輸入裝置對稱地設置在動力輸出裝置兩側，通過改變兩個動力輸入軸的相對轉向，從而對關節轉角和關節剛度進行控制。并且，通過摩擦的方式，也可實現對電機或關節部件的保護。

技術領域

本發明屬于機器人關節技術領域，特別涉及一種機器人關節變剛度執行器。

背景技術

機器人不再局限于結構化環境下代替人類完成傳統工業生產，而逐漸從封閉作業空間中解放出來，進入非結構化環境，與人共融并協同作業。人機協作已成為機器人發展的必然趨勢。

傳統的工業機器人高剛度關節缺乏緩沖和吸能儲能功能，極易被強烈的沖擊破壞，甚至對人類造成致命傷害。當前通過主動控制實現關節柔順性能的機器人關節中，由于受到帶寬影響，關節剛度調節響應非常受限。同時這類關節的柔順性能主要依靠電機進行不斷調節、修正，耗能較為嚴重。

變剛度機器人關節的柔順性能是被動的，所以柔順響應速度快。而且彈性元件具有吸收能量的特性。同時變剛度機器人關節也可以實現剛度的自主調節，增加在非結構化環境下的工作能力。目前變剛度機器人關節技術仍不成熟，剛度范圍和承載能力有限、電機利用率過低，體積龐大，質量重等問題仍需要解決。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種機器人關節變剛度執行器，以解決現有變剛度關節的體積大、質量重以及電機利用率低等問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種機器人關節變剛度執行器，包括動力輸出裝置及兩組動力輸入裝置，其中動力輸出裝置包括動力輸出架、絲杠及摩擦圓臺，所述絲杠安裝在動力輸出架上、且與兩個摩擦圓臺螺紋連接，兩個所述摩擦圓臺的小直徑端相對應，兩組所述動力輸入裝置可轉動地安裝在所述動力輸出架的兩側、且均與兩個所述摩擦圓臺摩擦連接；通過改變兩組所述動力輸入裝置的相對轉向，從而對關節轉角和關節剛度進行控制。

兩組所述動力輸入裝置結構相同，均包括動力輸入軸、彈簧擋板、彈簧、凸輪盤、摩擦盤及鋼球，其中動力輸入軸與所述動力輸出架轉動配合，所述彈簧擋板套設在動力輸入軸上、且隨動力輸入軸轉動，所述凸輪盤和摩擦盤相對扣合、且均套設在動力輸入軸上，所述凸輪盤可在動力輸入軸上沿軸向滑動，所述摩擦盤和動力輸入軸轉動配合、且可在動力輸入軸上滑動，所述凸輪盤和摩擦盤之間沿周向設有多個鋼球，彈簧套設在動力輸入軸上、且受限于凸輪盤和彈簧擋板之間，所述摩擦盤與兩個所述摩擦圓臺摩擦連接。

所述凸輪盤和摩擦盤的扣合面上沿周向多個設有用于容置鋼球的凹槽。

所述摩擦盤通過錐面與兩個所述摩擦圓臺摩擦配合。

所述彈簧擋板的一側設有用于定位所述彈簧的軸肩。

所述動力輸入軸通過軸承安裝在所述動力輸出架上，兩組所述動力輸入裝置中的動力輸入軸的軸線共線。

所述動力輸入軸與所述絲杠垂直。

所述凸輪盤上設有D型孔，所述動力輸入軸上設有與所述D型孔配合的D型結構。

所述動力輸出架包括對稱設置的上動力輸出架和下動力輸出架，所述上動力輸出架和下動力輸出架可拆卸連接。