一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件制造技术

一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，它涉及一种被动减振弹性元件。本发明专利技术为了解决现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。本发明专利技术的内圈基本体(2)同轴内嵌到外圈基本体(1)内，轴承(5)安装在内圈基本体(2)上，多个金属橡胶片(3)内嵌到外圈基本体(1)和内圈基本体(2)围合区域的密封空间内，挡板(4)安装在外圈基本体(1)上。本发明专利技术用于柔性机器人关节的关节驱动，兼具被动减振的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件
本专利技术涉及一种旋转型减振弹性元件，具体涉及一种用于柔性机器人关节上的使用金属橡胶材料的被动减振弹性元件，属于机器人领域。
技术介绍
随着机器人应用领域不断拓展，越来越多的机器人走出隔离间，工作在有人类存在的环境中，这对机器人运行的安全性提出了很高要求。为了保证人类的安全，采用串联弹性驱动器的柔性机器人不断问世。通过在机器人关节的电机减速器输出端和负载之间串联扭簧等柔性元件，减小了机器人的输出阻抗，提高了机器人的安全性。但是，机器人关节柔性的提高，使机器人运作时产生振动，从而大大降低了机器人位置控制的精确性。为了抑制机器人振动，可采用主动、半主动和被动三种减振方法。主动振动控制是利用控制算法减小振动，可靠性差。半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂。哈尔滨工业大学机器人研究所曾设计一款被动减振的弹性元件，该元件采用普通橡胶作为阻尼减振材料，结构简单，但橡胶材料本身性质不稳定，易氧化，在周期载荷作用下工作寿命有限，因此，需要寻找更合适的阻尼减振材料替代普通橡胶。综上所述，现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。进而提供一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件。本专利技术的技术方案是：一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，它包括外圈基本体、内圈基本体、挡板、轴承和多个金属橡胶片，内圈基本体同轴内嵌到外圈基本体内，轴承安装在内圈基本体上，多个金属橡胶片内嵌到外圈基本体和内圈基本体围合区域的密封空间内，挡板安装在外圈基本体上，且挡板将多个金属橡胶片、内圈基本体和轴承均包围在外圈基本体内。进一步地，外圈基本体包括外圈和外圈挡板，外圈为圆环形外圈，外圈的圈体沿其自身的轴线方向开设多个连接孔，外圈挡板呈环形阵列的方式固定安装在外圈的内侧壁上。进一步地，外圈和外圈挡板制成一体。进一步地，内圈基本体包括内圈、内圈底板和多个内圈挡板，内圈固定安装在内圈底板的中心，多个内圈挡板环形阵列安装在内圈底板上，且多个内圈挡板位于内圈的外侧。进一步地，外圈挡板与内圈挡板交错布置。进一步地，内圈、内圈底板和多个内圈挡板制成一体。进一步地，外圈基本体、内圈基本体、挡板、轴承和多个金属橡胶片的轴线重合。进一步地，挡板的周边有若干通孔，挡板通过螺栓连接在外圈基本体上，同时该螺栓组将弹性元件与机器人负载端相连。本专利技术与现有技术相比具有以下效果：1、本专利技术首次采用金属橡胶材料制作弹性元件用于机器人关节中，由于采用金属橡胶，本专利技术的弹性元件能产生10°以上的弹性变形，赋予机器人关节更大的柔性。2、本专利技术的金属橡胶材料是典型的阻尼减振材料，与普通橡胶相比，其利用金属丝间的摩擦产生阻尼，阻尼特性更大，减振效果更好，且其物理性质更稳定，使用寿命更长。同时作为被动减振方案，使得本专利技术结构简单，工作可靠，是理想的振动控制方案。3、本专利技术的金属橡胶具有非线性刚度特性，采用本专利技术的机器人关节能实现更大的力矩输出范围和刚度调节范围。4、本专利技术具有较大的输出力矩，能实现几十Nm到几百Nm的扭矩输出,能够驱动大负载。附图说明图1是本专利技术的弹性元件装配图剖面视图；图2为弹性元件的爆炸示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，它包括外圈基本体1、内圈基本体2、挡板4、轴承5和多个金属橡胶片3，内圈基本体2同轴内嵌到外圈基本体1内，轴承5安装在内圈基本体2上，多个金属橡胶片3内嵌到外圈基本体1和内圈基本体2围合区域的密封空间内，挡板4安装在外圈基本体1上，且挡板4将多个金属橡胶片3、内圈基本体2和轴承5均包围在外圈基本体1内。具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈基本体1包括外圈1-1和外圈挡板1-2，外圈1-1为圆环形外圈，外圈1-1的圈体沿其自身的轴线方向开设多个连接孔1-3，外圈挡板1-2呈环形阵列的方式固定安装在外圈1-1的内侧壁上。如此设置，结构简单，便于为内圈基本体2提供支撑连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈1-1和外圈挡板1-2制成一体。如此设置，便于生产制造，节约生产和制造成本以及生产周期。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的内圈基本体2包括内圈2-1、内圈底板2-2和多个内圈挡板2-3，内圈2-1固定安装在内圈底板2-2的中心，多个内圈挡板2-3环形阵列安装在内圈底板2-2上，且多个内圈挡板2-3位于内圈2-1的外侧。如此设置，结构简单，内圈2-1便于放置轴承5，内圈挡板2-3和外圈挡板1-2便于为金属橡胶片3提供单独的空间布置。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。具体实施方式五：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈挡板1-2与内圈挡板2-3交错布置。如此设置，有效防止外圈挡板1-2与内圈挡板2-3干涉。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。本实施方式的轴承5坐落于内圈2-1和挡板4之间，用于保证内圈基本体2和外圈基本体1同轴度。具体实施方式六：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的内圈2-1、内圈底板2-2和多个内圈挡板2-3制成一体。如此设置，结构简单，便于生产制造。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。具体实施方式七：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈基本体1、内圈基本体2、挡板4、轴承5和多个金属橡胶片3的轴线重合。如此设置，便于保证柔性机器人的使用精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。具体实施方式八：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的挡板4的周边有若干通孔4-1，挡板4通过螺栓连接在外圈基本体1上，同时该螺栓组将弹性元件与机器人负载端相连。如此设置，连接更加简单、方便、灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。本专利技术的工作原理：在机器人关节中，电机输出的动力经减速器传到弹性元件的内圈底板2-2上，内圈底板2-2螺纹孔是弹性元件的动力输入端口。动力传递到内圈底板2-2后，经由内圈挡板2-3、金属橡胶片3、外圈挡板1-2传递到外圈1-1上，最后作用到负载。由于金属橡胶片产生较大的变形，整个弹性元件在动力传递过程中会产生弹性变形，赋予机器人柔性特性。由于金属橡胶片3中的金属丝在传递动力过程中处于压缩状态，且金属丝间产生摩擦，引入阻尼，在动力传递的过程中会损耗掉部分能量，实现了弹性元件被动减振功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：它包括外圈基本体(1)、内圈基本体(2)、挡板(4)、轴承(5)和多个金属橡胶片(3)，内圈基本体(2)同轴内嵌到外圈基本体(1)内，轴承(5)安装在内圈基本体(2)上，多个金属橡胶片(3)内嵌到外圈基本体(1)和内圈基本体(2)围合区域的密封空间内，挡板(4)安装在外圈基本体(1)上，且挡板(4)将多个金属橡胶片(3)、内圈基本体(2)和轴承(5)均包围在外圈基本体(1)内。

【技术特征摘要】
1.一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：它包括外圈基本体(1)、内圈基本体(2)、挡板(4)、轴承(5)和多个金属橡胶片(3)，内圈基本体(2)同轴内嵌到外圈基本体(1)内，轴承(5)安装在内圈基本体(2)上，多个金属橡胶片(3)内嵌到外圈基本体(1)和内圈基本体(2)围合区域的密封空间内，挡板(4)安装在外圈基本体(1)上，且挡板(4)将多个金属橡胶片(3)、内圈基本体(2)和轴承(5)均包围在外圈基本体(1)内。2.根据权利要求1所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：外圈基本体(1)包括外圈(1-1)和外圈挡板(1-2)，外圈(1-1)为圆环形外圈，外圈(1-1)的圈体沿其自身的轴线方向开设多个连接孔(1-3)，外圈挡板(1-2)呈环形阵列的方式固定安装在外圈(1-1)的内侧壁上。3.根据权利要求2所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：外圈(1-1)和外圈挡板(1-2)制成一体。4.根据权利要求3所述的一种用于柔性机器人关节上使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，王继龙，张赫，臧希喆，樊继壮，刘玉斌，刘刚峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23