[發明專利]一種基于絲桿螺紋副的主動變剛度關節

有效

• 申請號: 202110107563.0
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112894790B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 李兵;李志森;徐文福;黃海林;肖斐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/12;B25J17/00
• 代理公司: 珠海市君佳知識產權代理事務所(普通合伙) 44644
• 代理人: 劉戰勝

本發明提供了一種基于絲桿螺紋副的主動變剛度關節，包括殼體、輸入控制端和變剛度調節組件，殼體包括固定的第一殼體和活動的第二殼體，第二殼體轉動設置在第一殼體上，輸入控制端用于驅動第二殼體圍繞其回轉中心進行轉動，其包括輸入轉軸和固定架，固定架設在輸入轉軸上并與輸入轉軸同步轉動，變剛度調節組件用于根據第二殼體的實際需要調節關節的剛度值，其包括板簧、滑座、移動滑架、楔形滑筒、軌道盤和驅動絲桿。本發明通過主動調整滑座與板簧的相對位置，改變所輸出的剛度，具有結構簡單、剛度調節范圍大、可靠性高等優點。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及一種基于絲桿螺紋副的主動變剛度關節。

背景技術

隨著人們生產生活環境的日益多樣化，人機協作和多機協作的情況越來越普遍，如何保證多機人之間的柔順性以及降低與人交互之間碰撞安全性的問題日漸突出。關節驅動模塊作為機器人本體的核心結構部件，不僅是使機器人完成各種靈活動作的動力源，也是保證人機交互安全性的可控關鍵結構點。傳統的機器人驅動關節一般是有驅動電機和變速器組成的近乎純剛性結構體，沒有彈性元件，無法保證人機協作的安全性和機械臂的柔順性。

相對于傳統的純剛度關節，可變剛度關節變現為，隨著負載的變化，其關節剛度也不是一成不變的，變剛度關節分為被動變剛度關節和主動變剛度關節兩種關節。被動變剛度關節的研究最多的是串聯彈性驅動器，其是在普通剛性驅動器和外界負載之間連接的一個彈性元件，當彈性元件確定后，串聯彈性驅動器的剛度特性也就確定了；主動變剛度關節是指一個關節使用兩個電機驅動，可以實現獨立或者分別地調節關節剛度和輸出位置，克服了被動變剛度關節剛度不可調節的缺點，這也是真正意義上的“可變剛度柔性”關節。

目前主動變剛度關節的結構形式主要有拮抗型、彈簧型、摩擦片型、變傳輸型和混合型五種，其大多存在結構復雜、體積大、穩定性差及剛度線性控制難的問題，例如中國專利CN201610847050.2公開了一種剛度連續可調的機器人柔性關節，其通過壓縮浮動彈簧的預壓縮量實現剛度可調，雖能夠實現剛度連續可調，但其結構復雜、體積大，環境適應性差；中國專利CN201510114055.X公開了種可變剛度的柔性關節，其采用多級齒輪傳動機構，且結構較為復雜，傳遞過程復雜且精度低，不易控制剛度，應用受限。

基于此，需要提供一種剛度調節范圍大、結構緊湊的主動變剛度關節。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種基于絲桿螺紋副的主動變剛度關節，通過主動調整滑座與板簧的相對位置，改變所輸出的剛度，具有結構簡單、剛度調節范圍大、可靠性高等優點。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于絲桿螺紋副的主動變剛度關節，其包括殼體、輸入控制端和變剛度調節組件，殼體包括固定的第一殼體和活動的第二殼體，其中第二殼體轉動設置在第一殼體上，輸入控制端用于驅動第二殼體圍繞其回轉中心進行轉動，其包括輸入轉軸和固定架，固定架設在輸入轉軸上并與輸入轉軸同步轉動，變剛度調節組件用于根據第二殼體的實際需要調節關節的剛度值，其包括：

一個以上的板簧，設置在固定架上；

滑座，可滑動地設置在板簧上；

移動滑架，與滑座固定連接；

楔形滑筒，位于第二殼體內并能夠進行升降；

軌道盤，與第二殼體固定連接；以及

驅動絲桿；

其中楔形滑筒上設有軌道板和位于軌道板上的軌道槽，軌道槽相較于輸入轉軸傾斜設置，移動滑架上設有輥子軸，輥子軸設置為橫穿軌道槽并能夠在軌道槽內滾動或滑動；

其中軌道盤設有凹形直線導槽，移動滑架上設有連接支角，連接支角嵌設在凹形直線導槽中并能夠在凹形直線導槽內滑動；