[發(fā)明專利]一種基于凸輪式杠桿結構的機器人關節(jié)變剛度模塊

有效

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• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109465848B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 朱海飛;鐘玉;趙波;谷世超;管貽生
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 江金城;楊曉松

本發(fā)明公開了一種基于凸輪式杠桿結構的機器人關節(jié)變剛度模塊,包括輸入部分、輸出部分及剛度調節(jié)部分。剛度調節(jié)部分包括壓簧、凸輪式杠桿及剛度調節(jié)支點；凸輪式杠桿繞剛度調節(jié)支點轉動，且其一端與輸出部分配合、另一端與壓簧配合。輸入部分與輸出部分之間設有軸承以承受整個模塊的非扭矩載荷并使輸入部分與輸出部分可以相對旋轉。當變剛度模塊的輸出部分受到外部的瞬態(tài)負載時，負載經過凸輪式杠桿傳遞到壓簧處被吸收，從而降低外部沖擊、實現柔性驅動輸出，同時提高機器人的魯棒性及運行穩(wěn)定性。本發(fā)明結構緊湊、成本低并集成為一個模塊，因此可以方便運用到各種交互式設備中，尤其是柔性機器人關節(jié)中。本發(fā)明還具有操作方便、容易實施的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人領域，尤其涉及一種基于凸輪式杠桿結構的機器人關節(jié)變剛度模塊。

背景技術

隨著現代工業(yè)技術的高速發(fā)展，機器人的應用范圍急劇擴展，人機協作日益密切。伴隨著人機交互程度的不斷深入，機器人的工作環(huán)境變得復雜及存在很大的不確定性，隨時可能與周圍環(huán)境中的物體、人發(fā)生碰撞，這對機器人的安全性提出了很高的要求。如機器人需根據外部環(huán)境與自身負載的變化動態(tài)調整關節(jié)剛度、機器人關節(jié)的主/被動柔性。因此，在協作機器人關節(jié)中加入高性能、結構緊湊的變剛度機構從而使機器人具有柔順性已經成為協作機器人領域一個技術難點。所以急需一批優(yōu)越的變剛度模塊來促進協作機器人的不斷向前發(fā)展。

與此同時，機器人產業(yè)發(fā)展迅速，需求量大、設計周期長。因此模塊化的設計思想在機器人領域越來越被大家采用，通過對機器人的常用功能從機構和控制上進行分解，形成多個具有獨立功能的功能模塊，通過重構，組成應用所需機器人構型。從而在一定程度上降低機器人的應用成本、加快研發(fā)速度及降低研發(fā)風險。

在變剛度方面，國內外研究者已經研制出了很多基于不同原理的變剛度機構。但現有的變剛度設計或多或少存在著一些不足，比如體積、重量較大，或通用性不高，或剛度調節(jié)范圍小等。這樣的話就很難應用到結構緊湊、質量需盡可能輕、剛度調節(jié)范圍大的機器人關節(jié)中。

如今現有的技術利用兩對壓縮彈簧及凸輪結構實現變剛度，通過凸輪被動改變彈簧的壓縮量及電機主動改變彈簧壓縮量來改變剛度。但是沒有剛度放大結構導致剛度調節(jié)范圍較小，采用了兩對壓縮彈簧也使得該變剛度旋轉柔性關節(jié)的體積較大。

因此，現有技術需要進一步改進和完善。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可以降低機器人關節(jié)的外部沖擊、實現柔性驅動輸出，同時提高機器人的魯棒性及運行穩(wěn)定性的基于凸輪式杠桿結構的機器人關節(jié)變剛度模塊。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現：

一種基于凸輪式杠桿結構的機器人關節(jié)變剛度模塊，該變剛度模塊主要包括輸入部分、輸出部分、以及剛度調節(jié)部分。所述輸出部分設置在輸入部分內。所述輸入部分與輸出部分之間設有軸承，以承受整個模塊的非扭矩載荷，并使輸入部分與輸出部分可相對旋轉。

具體的，所述輸入部分包括外殼和外殼軸承擋圈。所述外殼軸承擋圈設置在外殼上，與外殼固定連接。所述外殼內設有約束壓簧及約束剛度調節(jié)支點的導槽。所述導槽位于外殼底部；所述外殼上設有必要的安裝孔位及減輕結構。

具體的，所述輸出部分包括輸出盤和輸出盤軸承擋圈。所述輸出盤設置在輸出盤軸承擋圈內，與輸出盤軸承擋圈同心設置。所述軸承設置在外殼內，其外圈與外殼軸承擋圈固定連接，內圈與輸出盤軸承擋圈連接。