[發明專利]一種基于軸向力的可變剛度機構及柔性關節

在審

• 申請號: 202310003457.7
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN116372975A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 陳令凱;張蘭;趙鵬宇;陳星宇;姚運昌;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

本發明公開了一種基于軸向力的可變剛度機構及柔性關節，解決了柔性關節剛度調節機構復雜、體積臃腫的問題，所述可變剛度機構包括基座、動力單元、驅動桿、剛度調節件、簧片和關節輸出端，所述動力單元固定設于所述基座上，通過驅動桿與剛度調節件連接，所述剛度調節件設有用于約束簧片的簧片約束孔，并設于基座和關節輸出端之間，所述簧片至少有兩個，一端固設于基座上，另一端鉸接于關節輸出端上，并穿過所述簧片約束孔，達到了減小剛度調節機構體積的目的。

本發明申請是原申請日為2021.12.6，原申請號為202111479739.1申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤其涉及一種基于軸向力的可變剛度機構及柔性關節。

背景技術

同傳統柔性關節相比，可變剛度柔性關節可以通過一定的控制策略實現機器人在不同工作狀態下關節剛度的變化，這與人類肌肉具有相似的特征，即在普通工作狀態下保持較高的剛度，在發生碰撞時能夠產生一定的柔順性，緩解碰撞沖擊，防止對接觸物造成進一步的傷害。另外，彈性元件的引入使得碰撞時關節可以存儲能量，在一定程度上提高了能量的利用效率，因此，可變剛度柔性關節的引入，使得機器人在保證關節運動性能的同時兼具了環境安全性，在當前機械行業具有廣闊的應用背景和重要研究意義。

專利號為201711239915.8的專利中，提供了一種基于片簧的變剛度柔性關節，目的是解決可變剛度柔性關節結構復雜、體積大、控制過程繁雜及剛度線性控制難的問題，包括：輸入軸(1)、輸出軸(2)、剛度調整機構(3)、位移檢測系統(4)、控制系統(5)和限位保護機構(6)；所述輸入軸(1)包括第一輸入軸(1-1)和第二輸入軸(1-2)，所述第一輸入軸(1-1)與第二輸入軸(1-2)同心連接，所述第二輸入軸(1-2)為正方形板狀結構，其四角處分別鏡像設置有雙曲面凹槽；所述輸出軸(2)包括第一輸出軸(2-1)、第二輸出軸(2-2)、輸出端蓋(2-3)，所述第一輸出軸(2-1)和第二輸出軸(2-2)均為一端封閉的筒狀結構，所述的第二輸出軸(2-2)的封閉端設置有沿圓周等距離分布并向圓心方向延伸的滑槽組(2-4)，所述第一輸出軸(2-1)、第二輸出軸(2-2)、輸出端蓋(2-3)依次扣合固定；所述剛度調整機構(3)包括控制電機(3-1)、調度盤(3-2)、連桿組(3-3)、片簧組(3-4)和滑塊組(3-5)。這種方案需要一個剛度調節電機(3-1)，通過調度盤(3-2)、連桿組(3-3)、片簧組(3-4)和滑塊組(3-5)等機構實現剛度調節，機構仍然較復雜。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種基于軸向力的可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：一種基于軸向力的可變剛度機構，包括基座、動力單元、驅動桿、剛度調節件、簧片和關節輸出端；所述動力單元固定設于所述基座上，通過驅動桿與剛度調節件連接，所述剛度調節件開有用于約束簧片的簧片約束孔，并位于基座和關節輸出端之間；所述簧片的一端與基座連接，另一端與關節輸出端活動連接。

進一步地，所述簧片至少有兩個，繞驅動桿均勻布置；所述簧片的一端穿過所述簧片約束孔固設于基座上，另一端穿過所述簧片約束孔鉸接于關節輸出端上。

進一步地，所述簧片的另一端穿過所述簧片約束孔優選通過球鉸與關節輸出端連接。

進一步地，所述基座上設有關節輸出端約束軸；所述關節輸出端上對應設有關節輸出端約束孔，以保證關節輸出端相對基座同軸轉動。

進一步地，所述基座開有鍵槽；所述驅動桿對應設有鍵，以防止驅動桿軸向轉動；所述驅動桿的一端端部與剛度調節件活動連接。

進一步地，所述動力單元為電磁鐵、氣缸或液壓缸；所述驅動桿為鐵芯或活塞桿。

進一步地，所述驅動桿為螺桿；所述剛度調節件上開有與螺桿對應的螺紋孔；所述螺桿穿過螺紋孔與剛度調節件固定連接。