[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙態(tài)式變剛度柔順關(guān)節(jié)及操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910081240.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109732641B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳貴敏;辛洪旭;馬付雷;李博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J17/02
• 分類(lèi)號(hào): B25J17/02
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙態(tài)式變剛度柔順關(guān)節(jié)及操作方法，該關(guān)節(jié)由輸入軸、輸出外圈和剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。輸入軸置于輸出外圈的回轉(zhuǎn)中心，與輸入盤(pán)固連；輸入盤(pán)與輸出外圈之間安裝有兩個(gè)彈性簧片，每個(gè)彈性簧片一端通過(guò)軸承與輸出外圈相連，另一端與一小錐齒輪軸固連，小錐齒輪軸通過(guò)軸承與輸入盤(pán)相連；剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)剛度調(diào)節(jié)電機(jī)與一大錐齒輪固連；大錐齒輪與兩個(gè)和彈性簧片固連的小錐齒輪嚙合。本發(fā)明具有良好的抗沖擊能力和柔性動(dòng)力特性，屬主動(dòng)變剛度柔順關(guān)節(jié)，可用于仿生、服務(wù)、康復(fù)等各類(lèi)機(jī)器人的關(guān)節(jié)和驅(qū)動(dòng)器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙態(tài)式變剛度柔順關(guān)節(jié)及操作方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，向著柔性方面，多臺(tái)機(jī)器人的協(xié)同工作，以及機(jī)器人與人之間的交互作用等越來(lái)越普遍。機(jī)器人從傳統(tǒng)領(lǐng)域被應(yīng)用到其他非工業(yè)領(lǐng)域，特別是仿生機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人以及康復(fù)機(jī)器人的崛起，迫使機(jī)器人關(guān)節(jié)需具有一定的柔順性，以保證能量利用率的提高以及提高人機(jī)交互時(shí)的安全保障。

從機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，機(jī)器人關(guān)節(jié)是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵零部件。現(xiàn)有機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用較多的主要是剛性關(guān)節(jié)和彈性關(guān)節(jié)。針對(duì)變剛度機(jī)器人關(guān)節(jié)的應(yīng)用技術(shù)相對(duì)較少。

變剛度柔順關(guān)節(jié)利用特殊設(shè)計(jì)的切換裝置，可根據(jù)需要實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換剛度，以提高機(jī)器人對(duì)環(huán)境、任務(wù)的適應(yīng)性。現(xiàn)有的機(jī)器人關(guān)節(jié)主要存在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、控制復(fù)雜、能量消耗大、不能主動(dòng)輸出所需剛度等缺點(diǎn)，從而在一定程度上限制了其應(yīng)用效果與緊湊型設(shè)計(jì)。經(jīng)檢索，公開(kāi)號(hào)為CN205614699U的發(fā)明專(zhuān)利，該專(zhuān)利公開(kāi)一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人變剛度彈性關(guān)節(jié)，其特征是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)彈簧片的有效長(zhǎng)度改變關(guān)節(jié)剛度，實(shí)現(xiàn)彈性緩沖，但兩個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)必然需要更多的能量輸入。更重要的是，目前已公開(kāi)的剛度可調(diào)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)的均是剛度連續(xù)可調(diào)，必然難以保障關(guān)節(jié)剛度可以及時(shí)而準(zhǔn)確的調(diào)整到所需數(shù)值，而實(shí)際應(yīng)用中所需要的更多的僅僅是剛度值的極端快速轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種雙態(tài)式變剛度柔順關(guān)節(jié)及操作方法，以解決上述問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種雙態(tài)式變剛度柔順關(guān)節(jié)，包括剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、彈性簧片、輸入盤(pán)和輸出外圈；輸出外圈為圓環(huán)狀，輸入盤(pán)同軸設(shè)置在輸出外圈的中心處，輸入盤(pán)與輸出外圈的內(nèi)壁之間設(shè)置有若干彈性簧片；剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在輸入盤(pán)的中心處，彈性簧片的一端連接剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，另一端連接輸出外圈的內(nèi)側(cè)壁；

剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括剛度調(diào)節(jié)電機(jī)、第一錐齒輪和第二錐齒輪；剛度調(diào)節(jié)電機(jī)固定設(shè)置在輸入盤(pán)的中心內(nèi)部，剛度調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出端固定連接有第二錐齒輪，每個(gè)彈性簧片靠近輸入盤(pán)的一端均固定設(shè)置有第一錐齒輪，每個(gè)第一錐齒輪均與第二錐齒輪嚙合。

進(jìn)一步的，輸入盤(pán)上圍繞第二錐齒輪固定設(shè)置有若干軸承，軸承內(nèi)設(shè)置有第一錐齒輪軸，第一錐齒輪軸的一端與第一錐齒輪固定連接，另一端與彈性簧片固定連接。

進(jìn)一步的，輸入盤(pán)與輸出外圈的內(nèi)壁之間的彈性簧片等間距設(shè)置，軸承的個(gè)數(shù)及位置與彈性簧片相匹配；彈性簧片的個(gè)數(shù)為2至6個(gè)。

進(jìn)一步的，輸出外圈的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有軸承，彈性簧片靠近輸出外圈的一端插在軸承內(nèi)，此處軸承的個(gè)數(shù)及位置與彈性簧片相匹配。

進(jìn)一步的，輸入盤(pán)上剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)外側(cè)固定設(shè)置有外殼，外殼的中心固定設(shè)置有輸入軸。

進(jìn)一步的，第一錐齒輪的直徑小于第二錐齒輪的直徑。

進(jìn)一步的，一種雙態(tài)式變剛度柔順關(guān)節(jié)的操作方法，基于上述所述的一種雙態(tài)式變剛度柔順關(guān)節(jié)，包括以下步驟：

步驟1，輸出外圈上設(shè)置輸出臂，輸入軸連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)輸出臂受到外力作用時(shí)，啟動(dòng)剛度調(diào)節(jié)電機(jī)；