[發(fā)明專利]一種用于機器人關節(jié)的變剛度驅動系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114012715B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設計）人: 陳偉海;李中一;李啟航;楊尚;王建華
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學杭州創(chuàng)新研究院
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J13/08
• 代理公司: 北京代代志同知識產權代理事務所(普通合伙) 16004
• 代理人: 冀學軍

1.一種用于機器人關節(jié)的變剛度驅動系統(tǒng)，其特征在于：包括有A單邊變剛度組件（1）、B單邊變剛度組件（2）、對拉盤組件（3）和支撐組件（4）；

其中，A單邊變剛度組件（1）與B單邊變剛度組件（2）的結構相同；

A單邊變剛度組件（1）與B單邊變剛度組件（2）相對放置在支撐組件（4）上，且保持在同一軸向上；

第一條鋼絲繩纏繞在A單邊變剛度組件（1）中的A卷輪（1C）、B單邊變剛度組件（2）中的B卷輪（2C）、以及對拉盤組件（3）中的對拉盤（3A）上；

A單邊變剛度組件（1）包括有A電機（1A）、A變剛度機構（1B）、A卷輪（1C）、A卷輪軸（1H）、A角度傳感器（1G）、AA聯軸器（1E）和AB聯軸器（1F）；

A變剛度機構（1B）的輸出軸（1B2）上套接有A圓柱滾子軸承（1L）；所述A圓柱滾子軸承（1L）安裝在AB支撐架（4B）的立板上的DB通孔（4B1）中；

A卷輪（1C）的中心部位是AA中心通孔（1C1），AA中心通孔（1C1）用于放置A卷輪軸（1H）；A卷輪（1C）的圓盤體上設有用于纏繞繩索的A繩索槽（1C2）；

A卷輪軸（1H）上設有A圓盤（1H1）；A圓盤（1H1）的一端設有AD軸段（1H6）、AC軸段（1H4）；所述AC軸段（1H4）上設有鍵槽（1H5）；A圓盤（1H1）的另一端設有AA軸段（1H2）、AB軸段（1H3）、AE軸段（1H7）；所述AA軸段（1H2）上套接有A卷輪（1C）；所述AB軸段（1H3）上套接有AA滾珠軸承（1J），AA滾珠軸承（1J）安裝在AC支撐架（4C）的立板上的DC通孔（4C1）中；所述AD軸段（1H6）上套接有AB滾珠軸承（1K），AB滾珠軸承（1K）安裝在AD支撐架（4D）的立板上的DD通孔（4D1）中；A卷輪軸（1H）的AC軸段（1H4）安裝在AB聯軸器（1F）的另一端的盲孔中，并在鍵槽（1H5）中放置鍵實現AB聯軸器（1F）的另一端與A卷輪軸（1H）的AC軸段（1H4）的連接；A卷輪軸（1H）的AE軸段（1H7）上安裝有A角度傳感器（1G），A角度傳感器（1G）通過A傳感器安裝座（1D）固定，且A傳感器安裝座（1D）安裝在AD支撐架（4D）的上端；

AA聯軸器（1E）一端的盲孔中安裝有A電機（1A）的輸出軸，AA聯軸器（1E）另一端的盲孔中安裝有A變剛度機構（1B）的輸入軸（1B1）；

AB聯軸器（1F）一端的盲孔中安裝有A變剛度機構（1B）的輸出軸（1B2）的軸段端部，輸出軸（1B2）的圓盤放置在A法蘭盤（109）的沉頭腔（109A）中，AB聯軸器（1F）另一端的盲孔中安裝有A卷輪軸（1H）的AC軸段（1H4）；

A變剛度機構（1B）是蝸輪蝸桿傳動組件（105）與滑輪繩繞組件（106）的組合；A變剛度機構（1B）包括有蝸輪蝸桿傳動組件（105）、滑輪繩繞組件（106）、AA固定盤（107）、AB固定盤（108）、A法蘭盤（109）、A滑輪固定圓盤（110）、殼體（101、102、103、104）；

蝸輪蝸桿傳動組件（105）包括有蝸輪蝸桿（105F）、預緊卷輪（105E）、傳動軸（105B）；蝸輪蝸桿（105F）通過連接件固定在AA固定盤（107）上；預緊卷輪（105E）與蝸輪蝸桿（105F）中的蝸桿嚙合；傳動軸（105B）的軸盤固定在A法蘭盤（109）的沉頭腔（109A）中，傳動軸（105B）一端的軸段上套接有AF滾珠軸（105D），AF滾珠軸（105D）安裝在AA固定盤（107）的JI通孔（107I）中，且端部與預緊卷輪（105E）連接；傳動軸（105B）另一端的軸段上套接有AE滾珠軸（105C），AE滾珠軸（105C）安裝在傳動蓋（105A）的腔中，傳動蓋（105A）通過凸耳固定在AB固定盤（108）上；

滑輪繩繞組件（106）包括有A滑輪（106A）、A滑輪軸（106B）、B滑輪（106C）、B滑輪軸（106D）、C滑輪（106E）、C滑輪軸（106F）、D滑輪（106G）、D滑輪軸（106H）、E滑輪（106I）、E滑輪軸（106J）、F滑輪（106K）、F滑輪軸（106L）、G滑輪（106M）、G滑輪軸（106N）、H滑輪（106O）、H滑輪軸（106P）、I滑輪（106Q）、I滑輪軸（106R）、J滑輪（106S）、J滑輪軸（106T）、第二條鋼絲繩（106U）、彈簧（106V）；第二條鋼絲繩（106U）的纏繞方式為：第二條鋼絲繩（106U）的一端連接在彈簧（106V）的一端上，彈簧（106V）的另一端活動套接在鎖釘上，鎖釘的一端安裝在AA固定盤（107）的JH通孔（107H）中，鎖釘的另一端安裝在AB固定盤（108）的KH通孔（108H）中；第二條鋼絲繩（106U）的另一端順次經過G滑輪（106M）→F滑輪（106K）→J滑輪（106S）→Q滑輪（106I）→D滑輪（106G）→I滑輪（106Q）→G滑輪（106E）→F滑輪（106C）→G滑輪（106O）→F滑輪（106A），最后固定在傳動軸（105B）上；

AA固定盤（107）的中心凸臺（107L）用于固定輸入軸（1B1）的圓盤；中心凸臺（107L）的中心是J中心通孔（107J），J中心通孔（107J）內安裝有AD滾珠軸承（110A）；AD滾珠軸承（110A）套接在A滑輪固定圓盤（110）的凸軸（110B）上；A滑輪固定圓盤（110）安裝在中心凸臺（107L）的腔中，AA固定盤（107）的AA盤體（107K）上設有JA通孔（107A）、JB通孔（107B）、JC通孔（107C）、JD通孔（107D）、JE通孔（107E）、JF通孔（107F）、JG通孔（107G）、JH通孔（107H）、JI通孔（107I）；

AB固定盤（108）的中心是K中心通孔（108J），K中心通孔（108J）用于輸出軸（1B2）穿過；AB固定盤（108）的AB盤體（108K）上設有KA通孔（108A）、KB通孔（108B）、KC通孔（108C）、KD通孔（108D）、KE通孔（108E）、KF通孔（108F）、KG通孔（108G）、KH通孔（108H）、KI通孔（108I）；

A滑輪（106A）套接在A滑輪軸（106B）上，A滑輪軸（106B）的一端安裝在JA通孔（107A）上，A滑輪軸（106B）的另一端安裝在KA通孔（108A）上；

B滑輪（106C）套接在B滑輪軸（106D）上，B滑輪軸（106D）的一端安裝在JB通孔（107B）上，B滑輪軸（106D）的另一端安裝在KB通孔（108B）上；

C滑輪（106E）套接在C滑輪軸（106F）上，C滑輪軸（106F）的一端安裝在JC通孔（107C）上，C滑輪軸（106F）的另一端安裝在KC通孔（108C）上；

D滑輪（106G）套接在D滑輪軸（106H）上，D滑輪軸（106H）的一端安裝在JD通孔（107D）上，D滑輪軸（106H）的另一端安裝在KD通孔（108D）上；

E滑輪（106I）套接在E滑輪軸（106J）上，E滑輪軸（106J）的一端安裝在JE通孔（107E）上，E滑輪軸（106J）的另一端安裝在KE通孔（108E）上；

F滑輪（106K）套接在F滑輪軸（106L）上，F滑輪軸（106L）的一端安裝在JF通孔（107F）上，F滑輪軸（106L）的另一端安裝在KF通孔（108F）上；

G滑輪（106M）套接在G滑輪軸（106N）上，G滑輪軸（106N）的一端安裝在JG通孔（107G）上，G滑輪軸（106N）的另一端安裝在KG通孔（108G）上；

H滑輪（106O）套接在H滑輪軸（106P）上，H滑輪軸（106P）的一端安裝在A滑輪固定圓盤（110）的AD通孔（110C）上，H滑輪軸（106P）的另一端安裝在輸出軸（1B2）的AA通孔（1B2A）上；

I滑輪（106Q）套接在I滑輪軸（106R）上，I滑輪軸（106R）的一端安裝在A滑輪固定圓盤（110）的AE通孔（110D）上，I滑輪軸（106R）的另一端安裝在輸出軸（1B2）的AB通孔（1B2B）上；

J滑輪（106S）套接在J滑輪軸（106T）上，J滑輪軸（106T）的一端安裝在A滑輪固定圓盤（110）的AF通孔（110E）上，J滑輪軸（106T）的另一端安裝在輸出軸（1B2）的AC通孔（1B2C）上；

A法蘭盤（109）通過凸耳（109B）固定在AB固定盤（108）上；A法蘭盤（109）的L中心通孔（109C）中安裝有AC滾珠軸承（1B21）；AC滾珠軸承（1B21）套接在輸出軸（1B2）的軸段上；A法蘭盤（109）的沉頭腔（109A）中放置有輸出軸（1B2）的圓盤；

AB殼體（102）固定在AB固定盤（108）的一端；

AC殼體（103）固定在AA固定盤（107）的一端；

AD殼體（104）固定在AA固定盤（107）的另一端和AB固定盤（108）的另一端；

AA殼體（101）固定在AB殼體（102）和AC殼體（103）的外部；

B單邊變剛度組件（2）包括有B電機（2A）、B變剛度機構（2B）、B卷輪（2C）、B卷輪軸（2H）、B角度傳感器（2G）、BA聯軸器（2E）和BB聯軸器（2F）；

B變剛度機構（2B）與A變剛度機構（1B）的結構相同；

B變剛度機構（2B）的輸出軸（2B2）上套接有B圓柱滾子軸承（2L）；所述B圓柱滾子軸承（2L）安裝在BB支撐架（4B）的立板上的DB通孔（4B1）中；

B卷輪（2C）的中心部位是BA中心通孔（2C1），BA中心通孔（2C1）用于放置B卷輪軸（2H）；B卷輪（2C）的圓盤體上設有用于纏繞繩索的B繩索槽（2C2）；

B卷輪軸（2H）上設有B圓盤（2H1）；B圓盤（2H1）的一端設有BD軸段（2H6）、BC軸段（2H4）；所述BC軸段（2H4）上設有鍵槽（2H5）；B圓盤（2H1）的另一端設有BA軸段（2H2）、BB軸段（2H3）、BE軸段（2H7）；所述BA軸段（2H2）上套接有B卷輪（2C）；所述BB軸段（2H3）上套接有BA滾珠軸承（2J），BA滾珠軸承（2J）安裝在BC支撐架（4C）的立板上的DC通孔（4C1）中；所述BD軸段（2H6）上套接有BB滾珠軸承（2K），BB滾珠軸承（2K）安裝在BD支撐架（4D）的立板上的DD通孔（4D1）中；B卷輪軸（2H）的BC軸段（2H4）安裝在BB聯軸器（2F）的另一端的盲孔中，并在鍵槽（2H5）中放置鍵實現BB聯軸器（2F）的另一端與B卷輪軸（2H）的BC軸段（2H4）的連接；B卷輪軸（2H）的BE軸段（2H7）上安裝有B角度傳感器（2G），B角度傳感器（2G）通過B傳感器安裝座（2D）固定，且B傳感器安裝座（2D）安裝在BD支撐架（4D）的上端；

BA聯軸器（2E）一端的盲孔中安裝有B電機（2A）的輸出軸，BA聯軸器（2E）另一端的盲孔中安裝有B變剛度機構（2B）的輸入軸（2B1）；

BB聯軸器（2F）一端的盲孔中安裝有B變剛度機構（2B）的輸出軸（2B2），BB聯軸器（2F）另一端的盲孔中安裝有B卷輪軸（2H）的BC軸段（2H4）；

對拉盤組件（3）包括有對拉盤（3A）、軸接機構（3B）、CA滾珠軸承（3C）和CB滾珠軸承（3D）；

對拉盤（3A）的中部是C中心通孔（3A1），對拉盤（3A）的盤體上設有CA開口槽（3A2）和CB開口槽（3A3）；CA開口槽（3A2）內用于放置繩索；CB開口槽（3A3）內用于放置繩索；

軸接機構（3B）上設有C圓盤（3B1），C圓盤（3B1）的下方設有CD軸段（3B6），C圓盤（3B1）的上方設有CA軸段（3B2）、CB軸段（3B3）、CB軸段（3B4）；所述CB軸段（3B4）上設有鍵槽（3B5）；

CD軸段（3B6）上套接有CB滾珠軸承（3D）；CB滾珠軸承（3D）安裝在基板（4G）的DG通孔中；

CA軸段（3B2）上套接有對拉盤（3A）；

CB軸段（3B3）上套接有CA滾珠軸承（3C）；CA滾珠軸承（3C）安裝在壓板（4H）的DH通孔（4H1）中；

在對拉盤組件（3）中，對拉盤（3A）固定安裝在軸接機構（3B）的C圓盤（3B1）上，且軸接機構（3B）的上端穿過C中心通孔（3A1）；

支撐組件（4）包括有基板（4G）、壓板（4H）、以及用于支撐A單邊變剛度組件（1）的支撐架（4A－4F）、以及用于支撐B單邊變剛度組件（2）的支撐架（41A－41F）；

基板（4G），用于實現A單邊變剛度組件（1）、B單邊變剛度組件（2）和對拉盤組件（3）的空間位置分布；安裝在所述基板（4G）上的支撐架（4A－4F）、支撐架（41A－41F）用于實現A單邊變剛度組件（1）、B單邊變剛度組件（2）和對拉盤組件（3）在同一高度進行繩索帶動，達到平穩(wěn)運動；

壓板（4H），壓板（4H）的兩端安裝在AE支撐架（4E）與BE支撐架（41E）上；壓板（4H）上的DH通孔（4H1）用于對拉盤組件（3）的軸接機構（3B）的一端穿過；

AA支撐架（4A），AA支撐架（4A）的底部安裝在基板（4G）上，AA支撐架（4A）的立板上安裝有A電機（1A）的機殼，AA支撐架（4A）的立板上的DA通孔（4A1）用于A電機（1A）的輸出軸穿過；

AB支撐架（4B），AB支撐架（4B）的底部安裝在基板（4G）上，AB支撐架（4B）的立板上的DB通孔（4B1）中安裝有A圓柱滾子軸承（1L）；

AC支撐架（4C），AC支撐架（4C）的底部安裝在基板（4G）上，AC支撐架（4C）的立板上的DC通孔（4C1）中安裝有AA滾珠軸承（1J）；

AD支撐架（4D），AD支撐架（4D）的底部安裝在基板（4G）上，AD支撐架（4D）的立板上的DD通孔（4D1）中安裝有AB滾珠軸承（1K）；

AE支撐架（4E），AE支撐架（4E）的底部安裝在基板（4G）上，AE支撐架（4E）的頂部與壓板（4H）的一端固定安裝；

AF支撐架（4F），AF支撐架（4F）的底部安裝在基板（4G）上，AF支撐架（4F）的立板上的DF通孔（4F1）用于第一鋼絲繩索穿過；

BA支撐架（41A），BA支撐架（41A）的底部安裝在基板（4G）上，BA支撐架（41A）的立板上安裝有B電機（2A）的機殼，BA支撐架（41A）的立板上的DI通孔（41A1）用于B電機（2A）的輸出軸穿過；

BB支撐架（41B），BB支撐架（41B）的底部安裝在基板（4G）上，BB支撐架（41B）的立板上的DJ通孔（41B1）中安裝有B圓柱滾子軸承（2L）；

BC支撐架（41C），BC支撐架（41C）的底部安裝在基板（4G）上，BC支撐架（41C）的立板上的DK通孔（41C）中安裝有BA滾珠軸承（2J）；

BD支撐架（41D），BD支撐架（41D）的底部安裝在基板（4G）上，BD支撐架（41D）的立板上的DL通孔（41D1）中安裝有BB滾珠軸承（2K）；

BE支撐架（41E），BE支撐架（41E）的底部安裝在基板（4G）上，BE支撐架（41E）的頂部與壓板（4H）的另一端固定安裝；

BF支撐架（41F），BF支撐架（41F）的底部安裝在基板（4G）上，BF支撐架（41F）的立板上的DN通孔（41F1）用于第一鋼絲繩索穿過。