[發明專利]通過改變彈簧預緊力實現變剛度的變剛度機構及柔性關節

有效

• 申請號: 202111511485.7
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114347088B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 張蘭;陳令凱;黃冠宇;孔令雨;謝安桓;張丹
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種通過改變彈簧預緊力實現變剛度的變剛度機構及柔性關節，所述變剛度機構包括驅動軸、變剛度驅動盤、滑塊、軸套、彈簧底座和彈簧。所述柔性關節包括變剛度機構、剛度調節電機、中間驅動機構和一體化驅動機構。所述的變剛度驅動盤經中間驅動機構被剛度調節電機驅動，變剛度驅動盤輸出端面均布有T形槽，其輪廓線為三維曲線，可使在其中運動的滑塊滾子沿曲線轉動的同時沿軸向移動，從而使與彈簧底座固定連接的彈簧軸向運動，使彈簧的伸縮量發生改變，導致彈簧的預緊力發生改變來實現剛度的調節。本發明的柔性關節是通過改變彈簧預緊力實現變剛度的柔性關節，具有結構緊湊、響應快的特點。

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤其涉及一種通過改變彈簧預緊力實現變剛度的變剛度機構及柔性關節。

背景技術

相比剛性關節，柔性關節具有減小沖擊、吸收振動能量的作用。對于仿人機器人來說，如果想要模擬人在不同速度、步頻下的剛度變化，則需要設計能夠實現變剛度的柔性關節以提高機器人的運動性能和環境適應能力。專利CN106426265A提供了一種可變剛度柔順驅動關節，該關節將剛度調節機構設置在電機和諧波減速器之間，通過剛度調節機構調節彈性件可變形長度來實現鋼輪與關節的柔性連接。該結構中電機和諧波減速器為比較成熟的結構，在整個系統中變剛度結構屬于可靠性稍差的結構，假如變剛度結構出現故障，需要將整套結構拆開進行維修?；蛘卟恍枰M行剛度調節時，想將變剛度機構拆卸下來，也需要將整套結構拆開，靈活方便性較差。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種通過改變彈簧預緊力實現變剛度的變剛度機構及柔性關節。

為了實現上述發明目的，本發明采用了以下技術方案：一種通過改變彈簧預緊力實現變剛度的變剛度機構，包括驅動軸、變剛度驅動盤、滑塊、軸套、彈簧底座和彈簧；所述的變剛度驅動盤與驅動軸轉動連接；所述滑塊的一端與變剛度驅動盤配合，另一端與彈簧底座固定連接；所述彈簧底座和驅動軸之間設置有軸套，所述軸套與驅動軸配合；所述彈簧底座的輸出端面固定有多組均布的彈簧，所述彈簧的另一端與輸出盤相連；所述輸出盤與驅動軸轉動連接。

進一步地，所述的變剛度驅動盤的輸出端面均布有多組T形槽；所述T形槽的輪廓線具體為：從端面看該輪廓線為曲線，從軸向平面看該輪廓線為與端面成大于0°的直線。

進一步地，所述滑塊的頂部為球形滾子，所述滑塊的球形滾子在T形槽內沿曲線運動，從而帶動彈簧底座沿軸向滑動。

進一步地，所述彈簧底座的內側軸孔處設有均布的矩形滑槽；所述軸套的外側對應均布有矩形滑片；所述矩形滑槽與矩形滑片配合，使彈簧底座隨軸套轉動的同時也可沿軸套軸向滑動。

進一步地，所述驅動軸的輸出端為光軸或階梯軸，用以安裝變剛度驅動盤、彈簧底座和輸出盤。

本發明提出了一種通過改變彈簧預緊力實現變剛度的柔性關節，包括變剛度機構、剛度調節電機、中間驅動機構和一體化驅動機構；所述變剛度機構位于一體化驅動機構的輸出端；所述的一體化驅動機構包括驅動電機、諧波減速器和減速器輸出法蘭和中空軸；所述減速器輸出法蘭與驅動軸固定連接。

進一步地，所述的剛度調節電機的傳動方式具體為：若采用蝸輪蝸桿驅動，則變剛度驅動盤的圓周面為蝸輪形狀；若采用齒輪驅動，則變剛度驅動盤的圓周面為對應的齒輪形狀；若采用傳動軸與變剛度驅動盤連接，則變剛度驅動盤開有與之配合的軸孔。

進一步地，所述的剛度調節電機側置，即剛度調節電機的輸出軸與驅動軸平行；所述剛度調節電機的外殼與一體化驅動機構的電機外殼固定或與減速器輸出法蘭固定。

進一步地，所述的剛度調節電機前置，即剛度調節電機的輸出軸穿過一體化驅動機構的中空軸，將剛度調節電機放置在一體化驅動機構前端。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：