[發明專利]一種變剛度裝置及其變剛度方法及剛度模型的建模方法

有效

• 申請號: 202210357022.8
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114571466B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 管貽生;宋耀威;王斌;項超群
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 牛念

1.一種變剛度裝置，其特征在于，包括定平臺(1)、動平臺(2)，所述定平臺(1)與動平臺(2)轉動連接構成關節支架，所述關節支架的兩側均設有柔性構件(3)，所述動平臺(2)、柔性構件(3)、定平臺(1)通過驅動機構(4)順次傳動連接；所述柔性構件(3)包括連接座(31)、若干正剛度單元(32)和負剛度單元(33)，所述正剛度單元(32)、負剛度單元(33)均與連接座(31)連接，所述負剛度單元(33)上連接有連接件(34)，所述連接件(34)通過驅動機構(4)與動平臺(2)連接；所述連接座(31)通過驅動機構(4)與定平臺(1)連接；其中：

所述定平臺(1)包括第一平臺段(11)與所述第一平臺段(11)連接的第一支撐段(12)，所述動平臺(2)包括第二平臺段(21)與所述第二平臺段(21)連接的第二支撐段(22)，所述第一支撐段(12)與第二支撐段(22)相鉸接；所述驅動機構(4)包括驅動件(43)、第一柔性繩(44)、第二柔性繩(45)，所述第二平臺段(21)與柔性構件(3)的位移部通過第二柔性繩(45)連接，所述第一柔性繩(44)的一端與柔性構件(3)的固定部連接，另一端穿過所述第一平臺段(11)后與驅動件(43)連接；

或者，所述定平臺(1)與動平臺(2)之間通過鉸接支撐機構(5)連接；所述驅動機構(4)包括連接于所述定平臺(1)端部的第一滑輪(41)、連接于所述動平臺(2)端部的第二滑輪(42)、還包括驅動件(43)，所述第二滑輪(42)與柔性構件(3)的位移部傳動連接，所述柔性構件(3)的固定部、第一滑輪(41)、驅動件(43)順次傳動連接。

2.一種應用于權利要求1所述的變剛度裝置的變剛度方法，其特征在于，所述驅動機構(4)包括驅動件(43)、第一柔性繩(44)、第二柔性繩(45)，所述變剛度方法包括如下步驟：

S1.將所述動平臺(2)的兩端與柔性構件(3)的位移部通過所述第二柔性繩(45)連接，并將所述柔性構件(3)的固定部、定平臺(1)的兩端、以及所述驅動件(43)通過所述第一柔性繩(44)順次連接；

S2.所述驅動件(43)輸出動力并拉動所述第一柔性繩(44)、第二柔性繩(45)，使所述柔性構件(3)的位移部相對于固定部產生相對位移，實現所述柔性構件(3)的剛度變化；

其中，步驟S2包括如下步驟：

S21.剛度調節：控制所述驅動件(43)向位于所述關節支架兩側的柔性構件(3)輸出相同的動力，使所述動平臺(2)與定平臺(1)之間的相對位置保持不變；

S22.第一層級剛度調控：令所述關節支架保持固定位姿，并動態調節所述驅動件(43)，實現固定位姿下的柔性構件(3)的剛度變化調節；

S23.第二層級剛度調控：動態調節所述驅動件(43)，所述驅動件(43)向位于所述關節支架兩側的柔性構件(3)輸出不同的動力，使所述動平臺(2)圍繞所述定平臺(1)順時針或逆時針轉動，實現所述關節支架位姿的改變。

3.一種應用于權利要求1所述的變剛度裝置的剛度模型建模方法，其特征在于，位于所述關節支架第一側的驅動機構(4)構成第一驅動部，位于所述關節支架第二側的驅動機構(4)構成第二驅動部；所述驗證方法包括如下步驟：

S1.對所述關節支架進行幾何分析，得到所述定平臺(1)、動平臺(2)、第一驅動部、第二驅動部之間的相對位置坐標；

S2.根據所述相對位置坐標，以及其與所述定平臺(1)、動平臺(2)之間的轉動角度關系，分別得到所述第一驅動部、第二驅動部的位姿以及活動長度的表達；

S3.根據所述定平臺(1)與動平臺(2)的轉動，以及所述第一、第二驅動部位姿和活動長度表達構建結構矩陣；

S4.通過對所述結構矩陣進行平衡靜力學求解，得到剛度模型。