[發明專利]一種基于凸輪機構的變剛度關節

有效

• 申請號: 201810733720.7
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108858275B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 李兵;寧英豪;徐文福;劉飛;梁家樂
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 朱本利

1.一種基于凸輪機構的變剛度關節，包括殼體、輸入控制端、變剛度調節組件，其特征在于：

所述輸入控制端用于驅動所述殼體圍繞其回轉中心轉動，其包括關節輸入轉軸，所述殼體的前端設置有負載盤，所述變剛度調節組件用于根據所述負載盤的實際需要調節關節的剛度值；

其中，所述變剛度調節組件包括花鍵滑塊、滾子、圓柱凸輪、連接法蘭、彈簧載盤、楔形滑塊、彈簧器；

所述關節輸入轉軸的外側表面設有沿其軸向方向的花鍵槽，所述花鍵滑塊與所述花鍵槽相配合，所述滾子固定設置于所述花鍵滑塊上；

所述圓柱凸輪設于所述關節輸入轉軸的外側，在所述圓柱凸輪的前端面和后端面至少部分設有沿其周向延展的輪廓曲面，所述滾子與所述輪廓曲面接觸，且所述滾子可以沿著所述輪廓曲面運動；所述連接法蘭設置于所述圓柱凸輪的外側表面，所述連接法蘭與所述殼體固定連接；

所述彈簧載盤設在所述圓柱凸輪的前端面和后端面，并與所述滾子接觸，所述滾子驅使所述彈簧載盤沿著所述關節輸入轉軸的軸向運動；所述彈簧載盤上設有沿其徑向方向的滑槽，所述楔形滑塊滑動設置于所述滑槽中，所述彈簧器的一端轉動設在所述彈簧載盤上，另一端轉動設在所述楔形滑塊上；所述殼體的內側設置帶有斜面的楔形條，所述斜面與所述楔形滑塊相抵。

2.如權利要求1所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述彈簧載盤靠近所述圓柱凸輪的一側至少部分設有引導曲面，所述滾子與所述引導曲面接觸。

3.如權利要求2所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述殼體內側設有沿平行于所述殼體回轉中心設置的導向條，所述彈簧載盤的外圈設有與所述導向條相配合的凹槽。

4.如權利要求1所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述彈簧載盤設有多個所述滑槽，每個所述滑槽中均設有所述楔形滑塊；所述楔形滑塊包括呈工字形設置的滑塊本體以及用于連接所述彈簧器的兩個連接板，兩個所述連接板對稱設置于所述滑塊本體上，且兩個所述連接板分別連接不同的所述彈簧器。

5.如權利要求4所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述彈簧器包括彈簧套筒、彈簧和彈簧推桿，所述彈簧套筒的一端轉動設置于所述連接板上，所述彈簧套筒的另一端設有開口，所述彈簧設置于所述彈簧套筒的內部，所述彈簧推桿的一端轉動設置于所述彈簧載盤上，所述彈簧推桿的另一端穿過所述開口伸入至所述彈簧套筒的內部，并壓縮所述彈簧。

6.如權利要求1所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述輪廓曲面包括前輪廓曲面和后輪廓曲面，所述前輪廓曲面設在所述圓柱凸輪的前端面，所述后輪廓曲面設在所述圓柱凸輪的后端面，所述前輪廓曲面和所述后輪廓曲面具有相同的輪廓線。

7.如權利要求6所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述殼體包括前殼體和后殼體，所述前殼體與所述后殼體通過所述連接法蘭固定連接；所述彈簧載盤包括前彈簧載盤和后彈簧載盤，所述前彈簧載盤設置于所述前殼體中，并設置于所述圓柱凸輪的前端，所述后彈簧載盤設置于所述后殼體中，并設置于所述圓柱凸輪的后端。

8.如權利要求1所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述輪廓曲面包括基于貝塞爾曲線形成的曲面。

9.如權利要求1所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述輸入控制端包括電機外殼、電機、諧波減速器、減速器轉換法蘭，所述電機設置于所述電機外殼內，所述諧波減速器的剛輪與所述電機外殼固定連接，所述諧波減速器的波發生器與所述電機的輸出軸相連接，所述減速器轉換法蘭與所述諧波減速器的柔輪相連接，所述關節輸入轉軸設在所述減速器轉換法蘭上。

10.如權利要求9所述的基于凸輪機構的變剛度關節，其特征在于，所述電機外殼與所述殼體之間通過交叉滾子軸承進行轉動連接；所述交叉滾子軸承包括軸承內圈和軸承外圈，所述殼體通過內套筒與所述軸承內圈緊配合連接，所述電機外殼通過外套筒與所述軸承外圈緊配合連接，以使所述殼體相對所述電機外殼進行轉動。