[發明專利]一種基于左右旋絲杠-板簧機構的空間機械臂柔性關節

在審

• 申請號: 202211322868.4
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115556137A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 胡宇飛;陳萌;高金忠;張崇峰;苑會領;李桃
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J17/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種基于左右旋絲杠?板簧機構的空間機械臂柔性關節，包括關節驅動構件、剛度調節構件、柔性關節輸出構件，所述剛度調節構件具有相對設置的第一端和第二端，所述剛度調節構件的第一端與所述關節驅動構件固定連接，所述剛度調節構件的第二端與所述柔性關節輸出構件連接，所述剛度調節構件被配置為調整所述機械臂柔性關節的剛度值。本發明能夠實時調整剛度，并且剛度調節范圍大，結構緊湊，能量損失小。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體地，涉及一種基于左右旋絲杠-板簧機構的空間機械臂柔性關節。

背景技術

傳統的機械臂為使機械臂末端輸出位置精度較高，一般要求關節具有高剛度特性。但在此過程中機械臂易產生較大的輸出力和較大的響應速度，對人機交互安全、未知環境適應等情況帶來很大的不確定性和危險性。在空間任務中，機械臂需要有較強的適應能力，需要具有高安全性、高穩定性、高效率等特性，柔性機械臂在航空航天、核電站等特殊領域中展現了極大的應用價值。然而，柔性機械臂存在著高冗余自由度、強耦合、非線性等特點，系統及其復雜，設計難度大。因此，具有可變剛度特性的柔性關節成為研究的熱點。

針對存在狹小空間約束、多項指標耦合的復雜場景，柔性關節的輸出剛度可以隨負載改變而變化，適用于空間精細操作領域，可變剛度柔性關節可以在接觸碰撞時降低沖擊力，能夠有效解決航天器在對接過程中存在的高動態響應、非線性接觸碰撞、瞬態分布式作用力等問題。

柔性板簧作為一種特殊的柔性零件，在有效工作長度不變時能夠產生不同的剛度值，同時還能作為一種傳遞力矩的零件。在關節輸入輸出之間加入板簧，能夠有效改變關節輸出剛度，增加關節柔順性。為滿足柔性關節的剛度可調、定位精確等需求，國內外研發了多種可變剛度柔性關節。如公開號為CN206561438U的中國實用新型專利公開了一種基于彈簧片的剛度連續可調的機器人柔性關節，該機構在絲杠電機與絲杠中加入帶輪傳動組，傳動效率較低，絲杠電機輸出軸和絲杠承受徑向壓力較大，且易出現打滑現象，難以實現關節剛度的精確調整。公開號為CN104669261A的中國發明專利公開了一種可同步調整位移式變剛度關節驅動器和機器人關節剛度的一種調整方法，該機構使用阿基米德螺旋盤改變板簧支點的位置，當支點位置需要改變時，運動的傳動角小，同時阿基米德螺旋盤上會承受較大的力。

為此，本發明提供一種基于左右旋絲杠-板簧機構的空間機械臂柔性關節，結構緊湊，可實時調整剛度，并且剛度調節范圍大，能量損失小。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于左右旋絲杠-板簧機構的空間機械臂柔性關節。

本發明提供的基于左右旋絲杠-板簧機構的空間機械臂柔性關節，包括關節驅動構件、剛度調節構件、柔性關節輸出構件，所述剛度調節構件具有相對設置的第一端和第二端，所述剛度調節構件的第一端與所述關節驅動構件固定連接，所述剛度調節構件的第二端與所述柔性關節輸出構件連接，所述剛度調節構件被配置為調整所述機械臂柔性關節的剛度值。

進一步地，所述關節驅動構件包括關節驅動器、輸出法蘭盤，所述關節驅動器與所述輸出法蘭盤的第一側連接，所述輸出法蘭盤的第二側與所述剛度調節構件的第一端連接，所述關節驅動器是電機-諧波減速器一體化結構。

進一步地，所述關節驅動構件還包括電機底部連接件，所述電機底部連接件包括上端法蘭盤、輸入軸、第三滾動軸承、第一軸端彈性擋圈、第一墊片、底盤外殼、關節輸入盤，所述上端法蘭盤與所述關節驅動器固定連接，所述底盤外殼的一端與所述關節輸入盤連接，所述底盤外殼的另一端與所述上端法蘭盤連接，所述第三滾動軸承設在所述底盤外殼內，所述輸入軸的一端套設在所述第三滾動軸承內，所述第一軸端彈性擋圈設于所述第三滾動軸承的第一端與所述底盤外殼之間，所述第一墊片設于所述第三滾動軸承的第二端與所述上端法蘭盤之間，所述上端法蘭盤與所述關節驅動器固定連接。

進一步地，所述剛度調節構件包括變剛度機構、絲杠機構，所述絲杠機構的移動部件設于所述變剛度機構內，所述絲桿機構的移動部件與所述變剛度機構配合。