[發明專利]一種基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節

在審

• 申請號: 202010848320.8
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111890409A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 李滿宏;陳俊杰;王哲;張明路;曹鑒
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰;張國榮

1.一種基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，包括主被動變剛度調節機構、關節多自由度調節機構和輸入殼體結構，主被動變剛度調節機構和關節多自由度調節機構均安裝在輸入殼體結構內；其特征在于，

所述主被動變剛度調節機構包括減速器輸出盤、外部激勵發生器和輸出盤接合器；所述關節多自由度調節機構包括氣壓伸縮缸、連接鉸鏈、連接法蘭、減速器和電機；

所述電機安裝在連接法蘭上，電機的輸出軸穿過連接法蘭與減速器的輸入端連接，減速器的輸出端與減速器輸出盤固連；輸出盤接合器的一端轉動安裝在輸入殼體結構內，減速器輸出盤轉動安裝在輸出盤接合器內，在電機的作用下使得關節在周向上具有一個轉動自由度；減速器輸出盤與輸出盤接合器之間同時形成一個密閉空腔，密閉空腔內填充有可控粘度介質；外部激勵發生器位于密閉空腔內，為可控粘度介質提供不同強度的激勵，實現關節周向上的變剛度；

所述連接法蘭上分別通過連接鉸鏈呈圓周均勻設有四個氣壓伸縮缸，每個氣壓伸縮缸的缸筒與各自的連接鉸鏈上端鉸接形成轉動副，所有氣壓伸縮缸與各自的連接鉸鏈形成的轉動副的回轉軸線均垂直于連接法蘭的徑向；氣壓伸縮缸的活塞桿均與輸入殼體結構的上部固連；連接鉸鏈的下端與連接法蘭形成一個關節徑向上的移動副，兩個之間同時形成一個以連接法蘭的徑向為轉動軸的轉動副；在四個氣壓伸縮缸的協同作用下，使得關節具有一個球面轉動自由度。

2.根據權利要求1所述的基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，其特征在于，該關節還包括編碼器和光柵尺；編碼器的兩端分別與減速器輸出盤和輸出盤接合器固連；每個氣壓伸縮缸上均設有一個光柵尺。

3.根據權利要求1所述的基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，其特征在于，所述輸入殼體結構包括保持架端蓋、導向端蓋和輸入殼體；保持架端蓋和導向端蓋均為一端開口的半球形殼體；輸入殼體為上下兩端均具有開口的圓筒形薄壁結構，且在上下兩端開口處分別具有端蓋連接法蘭；輸入殼體上端的端蓋連接法蘭與保持架端蓋固連，輸入殼體下端的端蓋連接法蘭與導向端蓋固連；輸入殼體的周向上開有豁口，與豁口相對的周向上延伸出一個連接法蘭盤。

4.根據權利要求3所述的基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，其特征在于，所述輸出盤接合器為上部具有開口的圓桶形結構，圓桶形結構的周向上延伸出一個輸出法蘭；圓桶形結構的中心處設有圓筒；圓桶形結構的底部周向上具有環形弧面。

5.根據權利要求4所述的基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，其特征在于，所述環形弧面的曲率與導向端蓋的殼體內表面的曲率相同。

6.根據權利要求4所述的基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，其特征在于，所述減速器輸出盤的底部邊緣沿軸向延伸出一個環形罩，環形罩外壁的下部具有軸肩，環形罩的下端面上具有凹槽；減速器輸出盤的底部中心處具有一個圓臺，圓臺外壁的上部具有凹槽。

7.根據權利要求6所述的基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，其特征在于，所述減速器輸出盤轉動安裝在輸出盤接合器的圓桶形結構內，減速器輸出盤的圓臺插入輸出盤接合器的圓筒內，圓臺的下端面與圓筒的上表面不接觸；減速器輸出盤的環形罩與輸出盤接合器的圓筒之間形成一個密閉空腔，密閉空腔內填充有可控粘度介質。

8.根據權利要求1所述的基于可控粘度介質的多自由度主被動變剛度柔性關節，其特征在于，所述連接鉸鏈的上端具有鉸接孔，下端具有軸孔；連接法蘭在上端面的周向上呈圓周均勻設有四個沿連接法蘭徑向上的圓柱形導軌，每個圓柱形導軌與各自的連接鉸鏈下端的軸孔配合形成一個沿關節徑向上的移動副和一個以連接鉸鏈的軸孔的軸線為轉動軸的轉動副；每個連接鉸鏈上端的鉸接孔與各自的氣壓伸縮缸的缸筒鉸接形成轉動副，所有連接鉸鏈與氣壓伸縮缸形成的轉動副的回轉軸線均垂直于連接法蘭的徑向。