[發明專利]一種基于對裝平面扭簧的柔順關節

有效

• 申請號: 201910868465.1
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110640783B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 李兵;劉一帆;寧英豪;黃海林;徐文福;楊曉鈞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 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

本發明提供了一種基于對裝平面扭簧的柔順關節，包括固定殼體、輸出殼體、軸和與軸相連的至少一組單向旋轉裝置；輸出殼體通過轉動體一連接至固定殼體；軸位于輸出殼體的回轉中心，其通過轉動體二連接至輸出殼體；單向旋轉裝置包括兩個對裝的單向平面扭簧以及裝配在單向平面扭簧上的單向旋轉構件，兩個單向平面扭簧的旋轉方向相反，單向平面扭簧包括能夠進行相對旋轉的內圈和外圈，單向旋轉構件固定連接至單向平面扭簧的內圈和/或外圈，并且單向旋轉構件的止動方向，與和其相連接的單向平面扭簧的止動方向相同。本發明能夠在進行單向的力矩輸出的同時，避免反向空回程的缺陷，同時使得關節具有柔性。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及一種基于對裝平面扭簧的柔順關節。

背景技術

傳統機器人關節具有高剛性的特點，機器人關節的高剛性可以保證機器人末端運動的精確性和執行動作的高可重復性，這讓機器人在制造業等領域發揮了極大的作用。但在服務機器人、護理機器人等涉及人機協作的領域，機器人關節的高剛性會給人的安全帶來潛在的威脅，當機器人與人類發生碰撞時，剛性關節無法吸收碰撞的能量，這可能會造成人員傷亡和財產損失。

近年來，人們通過阻抗控制、傳感器感知、串聯彈性驅動器等方式，來實現在人類與機器人之間建立安全交互的系統。其中，采用串聯彈性驅動的關節具有較好的抗沖擊性，使得關節從機械結構上具備柔性，得到廣泛的應用，這種柔性關節的主要方式是采用平面扭簧形式的串聯彈性驅動形式，具有關節的緊湊化、小型化的優點。

基于平面扭簧特性的柔性關節是依靠內外圈的相對旋轉、配合彈性部分的變形實現關節的柔性，平面扭簧的結構形式主要為內圈、外圈以及中間的扭簧彈性體的結構，基于平面扭簧特性的柔性關節是依靠扭簧內、外圈的相對旋轉，彈性體變形實現關節的柔性。

在扭簧應用于關節的開發上，哈爾濱工業大學的楊德財等人提出了一種基于扭簧特性的變剛度關節(公開號CN105345839A)，哈爾濱工程大學的王立權等人提出了雙串聯彈性驅動器(公開號CN101318331A)，這些扭簧均為傳統螺旋狀彈簧，難以實現機器人關節結構的緊湊化。

浙江大學的朱秋國等人提出了一種適用于機器人關節的平面扭簧(公開號CN102632508A)，在國內第一次開發出適用于機器人關節的平面扭簧，旨在解決了傳統扭簧占用空間大、結構松散的問題。

浙江大學的林群祐等人公開了柔性關節的平面扭簧(公開號CN103836101A)，旨在提升最大扭矩值和相對旋轉角度，同時增加限位索來保護平面扭簧。

前述的平面扭簧的工作模式一般為，在關節正向驅動時，內圈帶動彈性部分正向變形，當產生的力矩大于負載力矩時，外圈正向轉動；當關節反向驅動時，內圈先反向轉動，帶動彈性部分首先回到平衡位置，隨后繼續反向旋轉變形，當產生的力矩大于負載力矩時，驅動外圈反向轉動。

現有技術中的平面扭簧為滿足雙向變形的要求，采用對稱結構，這樣的平面扭簧在設計時需要考慮雙向變形時彈性體所需的變形，并為之預留足夠的變形空間，在關節反向旋轉時，由于彈性部分需要先返回平衡位置，故會不可避免的產生反向空回程，隨后關節才能被反向驅動，這樣的反向空回程很難滿足要求系統響應時間短、機器人運動精度高的場合。

基于此，本申請提供了一種基于對裝平面扭簧的柔順關節。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種基于對裝平面扭簧的柔順關節，通過采用旋轉方向不同的兩個單向平面扭簧與單向旋轉構件之間的配合，使得本發明能夠在進行單向的力矩輸出的同時，避免反向空回程的缺陷，同時使得關節具有柔性。