[發明專利]一種可變剛度機械臂骨架結構

在審

• 申請號: 202211642252.5
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN116117861A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 鮑官軍;王文彪;梅潔
• 申請（專利權）人: 杭州聞名智能科技有限公司
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00
• 代理公司: 杭州仁杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 33297
• 代理人: 薄盈盈

本發明提供一種可變剛度機械臂骨架結構，包括若干個相互串聯的骨架單元（1），相鄰兩個骨架單元通過萬向連接件（2）鉸接固定，骨架單元的兩端分別沿X向和Z向設有一對張緊套環（3），萬向連接件包括軸套（4），軸套沿X向和Z向分別設有兩對錐臺鎖緊組件（5），錐臺鎖緊組件與張緊套環相適配；錐臺鎖緊組件包括鎖緊錐臺（6）和充氣膨脹件，當充氣膨脹件充氣時，鎖緊錐臺的錐面與張緊套環內壁過盈配合；當充氣膨脹件排氣時，鎖緊錐臺的錐面與張緊套環內壁間隙配合。本發明通過錐臺鎖緊組件內充氣膨脹件的不同狀態，實現機械臂骨架的高效變剛；鎖緊錐臺的錐面與張緊套環內壁斜面接觸，具有更高的壓緊力，抗扭剛度大，能實現高效變剛。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，特別是涉及一種可變剛度機械臂骨架結構。

背景技術

傳統機器人大多是剛性機器人，多采用剛性組件、連桿和關節結構，在傳統制造業大規模應用。在實際應用過程中，剛性機器人存在著負重比低、柔順性差等缺陷，無法精確的感知、建模、規劃和控制，適應性有限，并且存在安全隱患，難以充分滿足人機共存環境和人機協作任務等新型應用的需求。

軟體機器人具有超冗余自由度、靈活的運動和操作能力，能夠適應復雜多變的各類應用環境和任務，具有較高的適應性和安全操作形，隨著智能家居、農業作業、救援、安防等市場需求增加，軟體機器人研究成為機器人源頭技術競爭的戰略制高點。現有的軟體機器人多采用比較軟的柔性材料（如硅膠）作為主體，通過記憶合金、壓縮流體等方式是的柔性材料發生形變，從而驅動機器人運動。此類軟體機器人受限于材料自身的柔軟特性，剛性不足，無法承載較大的負載量。因此，如何能夠讓軟體機器人在不改變其高柔性和無限自由特點的同時可以快速的提高其剛度，增加負載量，成為機器人領域亟待解決的技術難題。

例如，申請公布號：CN?112720440A，申請公布日2021年04月30日，中國專利公開了“一種氣動鎖緊變剛度軟體臂骨架結構及軟體臂形機器人”，該發明專利的軟體臂骨架結構包括若干個采用鎖緊模塊和萬向節連接器組合的鉸接單元，具有可變剛度能力，實現在軟體臂內部的跟隨運動，可內嵌在軟體機器人內部，在不影響軟體臂的運動下，能跟隨軟體臂實現共同運動。該發明通過將鎖緊環片在非膨脹的徑向方向設置為剛度較高，在膨脹方向設置一個剛度較小的活動片，當氣囊充氣時，活動片抵接在鎖緊環片的內壁上，并使得鎖緊環片對應位置處與鉸接套環內壁過盈配合實現鎖緊。但是，該發明存在以下問題：（1）活動片面積小，使得鎖緊環片與鉸接套環的接觸面積小，抗扭剛度小，無法實現較高剛度的變剛；應力集中，耐疲勞性能差，在長期使用過程中容易斷裂，導致鉸接單元在鎖緊狀態下發生相對運動；（2）鎖止環片通過緊固件（螺釘）與軸套固定，容易磨損松動，導致骨架結構穩定性差；（3）膨脹氣囊插接在鎖止環片內，自由端與連接孔過盈配合，密封性差，氣動變剛可控性差，變剛強度低；（4）鉸接單元采用一體式設計，且不利于根據需要自由變換長度；主骨和交叉骨的直徑均一，且較細，強度低，長期使用過程中容易斷裂，更換成本高。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種穩定性好、抗扭剛度大，能實現高效變剛的可變剛度機械臂骨架結構。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種可變剛度機械臂骨架結構，包括若干個相互串聯的骨架單元，相鄰兩個骨架單元通過萬向連接件鉸接固定，所述骨架單元的兩端分別沿X向和Z向設有一對張緊套環，所述萬向連接件包括軸套，所述軸套沿X向和Z向分別設有兩對錐臺鎖緊組件，所述錐臺鎖緊組件與張緊套環相適配；所述錐臺鎖緊組件包括鎖緊錐臺和設于鎖緊錐臺內的充氣膨脹件，當所述充氣膨脹件充氣時，所述鎖緊錐臺的錐面與張緊套環內壁過盈配合，相鄰兩個骨架單元相對固定，呈鎖緊狀態；當所述充氣膨脹件排氣時，所述鎖緊錐臺的錐面與張緊套環內壁間隙配合，相鄰兩個骨架單元相對轉動，呈活動狀態。