[實(shí)用新型]一種基于杠桿機(jī)構(gòu)的可變剛度柔性關(guān)節(jié)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721547542.6
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN207402802U
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑光明;馬艷悅;李滿宏;張明路
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J17/02
• 分類號(hào): B25J17/02;B25J19/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種基于杠桿機(jī)構(gòu)的可變剛度柔性關(guān)節(jié)，包括用于提供驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所需動(dòng)力的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)端、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和用于帶動(dòng)關(guān)節(jié)負(fù)載運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)輸出端；所述剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩端分別與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)端和關(guān)節(jié)輸出端剛性連接，所述關(guān)節(jié)輸出端與關(guān)節(jié)負(fù)載相連接，且關(guān)節(jié)輸出端安裝有輸出編碼器；其特征在于：

所述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)端包括關(guān)節(jié)支架、諧波減速器和安裝有編碼器的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

所述剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括關(guān)節(jié)底盤、剛度調(diào)節(jié)盤、剛度調(diào)節(jié)電機(jī)、彈簧座、彈簧、滑塊、滑桿和銷軸；所述關(guān)節(jié)底盤為一圓盤形結(jié)構(gòu)部件，關(guān)節(jié)底盤一端與諧波減速器的輸出端法蘭固定連接，另一端與剛度調(diào)節(jié)電機(jī)的定子端安裝法蘭相配合連接，關(guān)節(jié)底盤和剛度調(diào)節(jié)電機(jī)同軸固定于諧波減速器的輸出端，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)底盤和剛度調(diào)節(jié)電機(jī)隨諧波減速器輸出端的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述關(guān)節(jié)底盤中心處設(shè)置有一個(gè)圓臺(tái)，以圓臺(tái)為中心，向關(guān)節(jié)底盤的邊緣均勻分布有三個(gè)徑向滑道；圓臺(tái)端面中心與彈簧座的內(nèi)側(cè)中心通過螺釘連接使彈簧座與關(guān)節(jié)底盤同軸固定，實(shí)現(xiàn)彈簧座隨諧波減速器輸出端的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述剛度調(diào)節(jié)盤為一圓盤形結(jié)構(gòu)部件，剛度調(diào)節(jié)盤中心配置有一圓柱形凹槽，圓柱形凹槽底面配置有與剛度調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子端安裝法蘭相配合的連接法蘭，通過螺釘連接將剛度調(diào)節(jié)盤同軸固定于剛度調(diào)節(jié)電機(jī)，剛度調(diào)節(jié)盤的盤面均勻布置三條曲線滑道；所述剛度調(diào)節(jié)電機(jī)具備位置伺服功能，安裝于關(guān)節(jié)底盤的圓臺(tái)和剛度調(diào)節(jié)盤的圓柱形凹槽之間，剛度調(diào)節(jié)電機(jī)定子端套于關(guān)節(jié)底盤圓臺(tái)之上并同軸固定于關(guān)節(jié)底盤，剛度調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子端嵌于剛度調(diào)節(jié)盤圓柱形凹槽之內(nèi)與剛度調(diào)節(jié)盤同軸連接，剛度調(diào)節(jié)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)剛度調(diào)節(jié)盤使之與關(guān)節(jié)底盤發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使銷軸在剛度調(diào)節(jié)盤的曲線滑道的限制作用下沿關(guān)節(jié)底盤滑道移動(dòng)；

所述彈簧座為一圓盤形結(jié)構(gòu)部件，彈簧座周向邊緣均勻布置三個(gè)凸臺(tái)，相鄰兩凸臺(tái)之間固定安裝有圓柱形滑軌，使三個(gè)圓柱形滑軌分別位于以彈簧座中心為形心的正三角形的三個(gè)邊上；在每個(gè)圓柱形滑軌的中部嵌套安裝有滑塊，所述彈簧嵌套于圓柱形滑軌上，且每個(gè)圓柱形滑軌布置兩個(gè)彈簧，彈簧的兩端分別與滑塊的側(cè)面和相鄰的凸臺(tái)側(cè)面完全接觸；滑塊與圓柱形滑軌構(gòu)成一移動(dòng)副；所述滑塊的上表面設(shè)有T形凸臺(tái)；所述滑桿為上下端面均開有T形凹槽的桿狀部件，下端的T形凹槽與滑塊的T形凸臺(tái)相配合，滑桿的下端遠(yuǎn)離彈簧座中心的一端設(shè)置有圓柱體；所述銷軸為一T形軸類部件，銷軸的大端與滑桿上端的T形凹槽相配合，銷軸的小端依次穿過剛度調(diào)節(jié)盤的曲線滑道和關(guān)節(jié)底盤的徑向滑道，銷軸的小端端面設(shè)置螺紋孔，通過墊片及螺釘實(shí)現(xiàn)銷軸與滑桿、剛度調(diào)節(jié)盤和關(guān)節(jié)底盤之間的固定；滑桿與銷軸、滑塊構(gòu)成兩個(gè)移動(dòng)副，銷軸與曲線滑道、徑向滑道構(gòu)成兩個(gè)移動(dòng)副；所述滑桿上的圓柱體與關(guān)節(jié)輸出端固定連接；上述關(guān)節(jié)底盤、剛度調(diào)節(jié)盤、滑塊、滑桿和銷軸構(gòu)成一杠桿機(jī)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于杠桿機(jī)構(gòu)的可變剛度柔性關(guān)節(jié)，其特征在于所述關(guān)節(jié)輸出端包括輸出殼體、驅(qū)動(dòng)端軸承、輸出端軸承和輸出端編碼器，所述輸出殼體為一左端無蓋的圓柱形殼體，輸出殼體左端與安裝于諧波減速器的剛輪外表面的驅(qū)動(dòng)端軸承外圈相配合，輸出殼體右端中心設(shè)置一個(gè)圓柱形凸臺(tái)，圓柱形凸臺(tái)端面中心開設(shè)一與輸出端編碼器輸出軸相配合的軸孔，圓柱形凸臺(tái)外柱面與安裝于關(guān)節(jié)支架右端的輸出端軸承內(nèi)圈相配合，利用驅(qū)動(dòng)端軸承和輸出端軸承實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出殼體的有效支撐，輸出殼體右端端面開設(shè)三個(gè)與滑桿圓柱體相配合的通孔，通過墊片和螺釘連接實(shí)現(xiàn)輸出殼體與剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的剛性連接，輸出殼體外柱面設(shè)有U形支架，U形支架下端平面設(shè)置有若干連接通孔；所述驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)圈與諧波減速器殼體配合，外圈與輸出殼體相配合；所述輸出端軸承內(nèi)圈與輸出殼體的圓柱形凸臺(tái)相配合，外圈與關(guān)節(jié)支架右端軸承孔相配合；所述輸出端編碼器與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的編碼器相配合，輸出端編碼器的輸出軸與輸出殼體的圓柱形凸臺(tái)軸孔相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于剛度調(diào)節(jié)電機(jī)為具有位置伺服功能的中空電機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于彈簧兩端分別與彈簧座凸臺(tái)側(cè)面和滑塊側(cè)面的平面完全接觸，使彈簧與彈簧座凸臺(tái)側(cè)面和滑塊側(cè)面的平面均垂直。