[發明專利]一種轉軸剛度調節裝置及其應用

在審

• 申請號: 202111563065.3
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114193505A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 許明;陳詩濤
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J9/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 陳煒

本發明公開了一種轉軸剛度調節裝置及其應用。該轉軸剛度調節裝置包括可調剛度彈簧機構、支點變位機構和剛度傳遞組件。可調剛度彈簧機構包括導軌、滑移板、杠桿、固定架、支點變位塊、支點軸、彈簧、彈簧安裝塊和阻尼施加殼體。固定架上固定有導軌；導軌上滑動連接有滑移板。杠桿的一端與滑移板轉動連接。支點變位塊與固定架構成滑動副。支點變位塊由支點變位機構驅動進行滑動。桿上開設有滑槽。支點變位塊上固定有支點軸。支點軸穿過杠桿上的滑槽。本發明通過調節杠桿上的支點位置，實現了轉軸轉動剛度的動態調節。此外，其能夠直接安裝在各類轉動關節的轉軸上，而不需要對轉動關節進行改造，使用十分便捷。

技術領域

本發明屬于人機交互技術領域，具體涉及一種轉軸剛度調節裝置及其應用。

背景技術

現代機器人要在未知和復雜的條件下工作，必須要滿足各種具有挑戰性的要求。其中一個要求是機器人要具有承受沖擊的高水平魯棒性和以安全方式進行物理交互的能力。實現這一目標的一個方式是將可變剛度執行器集成到機器人系統中，通過彈性部件實現兼容行為，并提供阻抗的額外適應性。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種新穎的線性可調剛度彈簧機構，采用差動彈性布置，并把它應用在機器人的脊柱旋轉關節。該機構對于機器人的整體工作空間和實現動態運行等節能的自然運動至關重要。

第一方面，本發明提供一種轉軸剛度調節裝置，其包括可調剛度彈簧機構、支點變位機構和剛度傳遞組件。可調剛度彈簧機構包括導軌、滑移板、杠桿、固定架、支點變位塊、支點軸、彈簧、彈簧安裝塊和阻尼施加殼體。固定架上固定有導軌；導軌上滑動連接有滑移板。杠桿的一端與滑移板轉動連接。支點變位塊與固定架構成滑動副。支點變位塊由支點變位機構驅動進行滑動。

所述的杠桿上開設有滑槽。支點變位塊上固定有支點軸。支點軸穿過杠桿上的滑槽。隨著支點變位塊滑動，支點軸能夠在杠桿的滑槽內滑動。固定架上固定有相對設置的兩個彈簧安裝塊；阻尼施加殼體設置在兩個彈簧安裝塊之間。兩根彈簧的一端與兩個彈簧安裝塊的相對端分別固定。兩根彈簧的另一端與阻尼施加殼體的兩側分別固定。杠桿遠離滑移板的端部伸入到阻尼施加殼體內；杠桿擺動時帶動阻尼施加殼體在兩根彈簧之間移動。滑移板與被調節剛度的轉軸通過剛度傳遞組件傳動連接。

作為優選，所述的可調剛度彈簧機構還包括導軌安裝架和變剛度彈簧安裝架。導軌安裝架和變剛度彈簧安裝架均固定在固定架上。導軌安裝架位于變剛度彈簧安裝架的一端。兩組導軌均固定在導軌安裝架上，且相對設置；兩組導軌上均滑動連接有滑塊；兩塊滑移板與兩個滑塊分別固定，且相互正對設置。杠桿的一端位于兩塊滑移板之間，并與兩塊滑移板同軸鉸接。支點變位塊與變剛度彈簧安裝架構成滑動副。

作為優選，所述支點變位塊的滑動方向與滑移板的滑動方向相互垂直。

作為優選，所述的阻尼施加殼體包括兩塊圍板和兩個彈簧連接板。兩塊圍板和兩個彈簧連接板合圍成方形框架狀。彈簧安裝塊與對應的彈簧連接板的相對側面設置有用于連接彈簧的安裝柱。彈簧的兩端分別套置在對應的兩個安裝柱上。

作為優選，所述的阻尼施加殼體與變剛度彈簧安裝架構成滑動副，且其滑動方向平行于滑移板的滑動方向。

作為優選，所述的支點變位機構包括輸出帶輪、同步帶、輸入軸、輸入帶輪、電機安裝架、帶輪安裝臺、調整電機、螺母和螺桿。螺桿轉動連接在固定架上。螺母固定在支點變位塊上；螺桿與螺母構成螺旋副。帶輪安裝臺固定在固定架上。輸出帶輪固定在螺桿的端部；輸入帶輪轉動連接在帶輪安裝臺上。調整電機通過電機安裝架固定在固定架上。調整電機的輸入軸與輸入帶輪固定。輸入帶輪與輸出帶輪之間通過同步帶連接。

作為優選，所述的剛度傳遞組件包括直齒條和傳動齒輪。直齒條與其中一塊滑移板固定；傳動齒輪與被調節剛度的轉軸連接。傳動齒輪與直齒條嚙合。