一种转动关节变刚度致动器制造技术

本发明专利技术公开了一种转动关节变刚度致动器，包括支撑机座，支撑机座包括底座、外壳和两个底座连接螺钉，底座位于外壳的下端，且外壳的下端和底座的上端相抵触，两个底座连接螺钉的一端均贯穿底座并延伸至外壳内，所述外壳上设有力矩输出机构，所述力矩输出机构上设有两个相互平行的输出盘连接销，两个输出盘连接销均位于外壳内，两个输出盘连接销上设有刚度调整机构，所述底座的下端一侧设有主传动机构。本发明专利技术能改变弹簧片的有效作用长度，实现输出刚度的变化，主传动机构和调刚盘同步旋转实现定刚度输出，异步旋转实现变刚度输出，便于输出刚度解耦，从而方便控制算法，降低了摩擦，有利于降低能耗，且输出盘能够实现连续回转，结构紧凑，体积小。

【技术实现步骤摘要】
一种转动关节变刚度致动器
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种转动关节变刚度致动器。
技术介绍
随着机器人技术的发展，机器人的适用范围越来越广，新一代协作型工业机器人、服务机器人、助力及医疗康复机器人等，大多数均与人类共享工作空间且存在频繁的物理接触和力交换。2015年德国大众发生机器人攻击人的事件，说明机器人尚不能安全、在线地与人并肩工作，因此，人机交互的安全性变得尤为重要。传统的机器人是刚性的，虽然利用大量传感器和复杂的控制算法能够实现一定的柔性，但是传感器的分辨率以及控制系统的响应速度使柔顺控制大打折扣。然而刚度可调的致动器成为国内外研究的热点问题，变刚度致动器能够有效改善机器人的动态特性，当机器人与外界发生碰撞时，降低输出刚度，减小碰撞冲击，较高的输出刚度，又能保证位置精度，刚度调整过程中，柔性元件能够进行能量存储与释放，不仅能够降低系统能耗，同时又能为弹跳机器人等提供启动爆发性。目前，已有的变刚度致动器，根据变刚度原理的不同，都存在不同程度的缺陷，如输出力较小，体积重量大，运动范围小，刚度较小，刚度调整能耗大，控制算法复杂等不足。具体来说，采用弹簧预紧的调节方式不够节能；采用特殊材料实现变刚度其性能难以保证，且控制复杂；采用杠杆原理调节方式摩擦能耗大，结构复杂笨重，为此，我们提出了一种转动关节变刚度致动器来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种转动关节变刚度致动器。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种转动关节变刚度致动器，包括支撑机座，所述支撑机座包括底座、外壳和两个底座连接螺钉，所述底座位于外壳的下端，且外壳的下端和底座的上端相抵触，两个底座连接螺钉的一端均贯穿底座并延伸至外壳内，所述外壳上设有力矩输出机构，所述力矩输出机构上设有两个相互平行的输出盘连接销，两个输出盘连接销均位于外壳内，两个输出盘连接销上设有刚度调整机构，所述底座的下端一侧设有主传动机构，所述底座的下端另一侧设有刚度传动机构。优选地，所述力矩输出机构包括设置在外壳内顶部的输出盘轴承，所述输出盘轴承内贯穿设有输出盘，且输出盘的上端贯穿外壳内的顶部并延伸至外壳的上端，两个输出盘连接销分别固定在输出盘的下端两侧。优选地，所述刚度调整机构包括分别贯穿设置在两个输出盘连接销下端的弹簧片，所述弹簧片的两侧均设有滚子，且弹簧片的两侧分别抵触在两个滚子的相对一侧，所述滚子的两端均转动套接有滚子滑块微型轴承，且同一侧的两个滚子滑块微型轴承为一组，其中一组的两个滚子滑块微型轴承上共同安装有第一滚子滑块侧板，另一组的两个滚子滑块微型轴承上共同安装有第二滚子滑块侧板，所述第一滚子滑块侧板和第二滚子滑块侧板的两端分别贯穿设有滚子滑块螺钉，同一侧的两个滚子滑块螺钉为一组，同一组的两个滚子滑块螺钉之间共同螺合有滚子滑块连接板，两个滚子滑块连接板均位于两个第一滚子滑块侧板之间，两个滚子均位于两个滚子滑块连接板之间，两个弹簧片之间设有十字架滑轨，所述十字架滑轨的两侧均螺合有弹簧片固定螺钉，且两个弹簧片分别螺纹套接在两个弹簧片固定螺钉上，所述十字架滑轨的四角分别抵触在四个滚子滑块连接板的一侧，所述十字架滑轨上贯穿设有滑动轴承，且滑动轴承的两端分别延伸至十字架滑轨的两侧，所述滑动轴承的两端均套接有随动滑块，所述滑动轴承的两端均设有滑轨连接件，所述滑轨连接件上均螺纹套接有滑轨连接螺钉，所述滑轨连接螺钉的一端贯穿滑轨连接件和滑动轴承并延伸至滑动轴承内。优选地，所述主传动机构包括设置在底座下端一侧的主传动行星减速器，所述主传动行星减速器的上端四角均贯穿设有主传动行星减速器固定螺钉，四个主传动行星减速器固定螺钉的上端均贯穿底座并延伸至底座内，所述主传动行星减速器的下端设有主传动电机，且主传动行星减速器安装在主传动电机的输出轴上，所述主传动行星减速器的输出轴贯穿底座并延伸至底座内的底部，所述主传动行星减速器的输出轴末端固定有主驱动齿轮，所述底座内的侧壁上转动连接有齿圈，且主驱动齿轮和齿圈相啮合，所述齿圈的下端等间距贯穿设有四个齿圈连接螺钉，且齿圈连接螺钉的上端均贯穿齿圈并延伸至齿圈的上端，四个齿圈连接螺钉的上端共同螺合有下连接盘，所述下连接盘的上端设有上连接盘，且上连接盘的下端与下连接盘的上端相抵触，所述上连接盘内的底部和下连接盘之间共同螺合有第二上连接盘连接螺钉，所述上连接盘的上端两侧均螺合有第一上连接盘连接螺钉，两个滑轨连接件分别螺纹套接在两个第一上连接盘连接螺钉上，所述上连接盘和下连接盘上共同转动套接有主传动轴承，且主传动轴承安装在外壳内。优选地，所述刚度传动机构包括设置在底座下端另一侧的调刚行星减速器，且调刚行星减速器位于主传动行星减速器的一侧，所述调刚行星减速器的上端四角均贯穿设有调刚行星减速器固定螺钉，四个调刚行星减速器固定螺钉的上端均贯穿底座并延伸至底座内，所述调刚行星减速器的下端设有调刚电机，且调刚行星减速器安装在调刚电机的输出轴上，所述调刚行星减速器的输出轴贯穿底座并延伸至底座内的底部，所述调刚行星减速器的输出轴末端固定有调刚驱动齿轮，所述底座内的底部安装有中心轴轴承，且中心轴轴承位于调刚驱动齿轮和主驱动齿轮之间，所述中心轴轴承内贯穿设有中心轴，所述中心轴的下端套设有套筒，所述中心轴上固定有中心轴齿轮，且套筒位于中心轴齿轮的下端，所述中心轴齿轮上安装有齿轮键，所述中心轴齿轮和调刚驱动齿轮相啮合，所述中心轴的上端位于上连接盘和下连接盘内，所述中心轴上固定有调刚轴承，所述调刚轴承位于中心轴齿轮的上端，所述调刚轴承安装在上连接盘和下连接盘内，所述中心轴上安装有调刚盘，且调刚盘位于上连接盘内，所述调刚盘上安装有调刚盘键，所述调刚盘上设有轴端挡圈，所述轴端挡圈上贯穿设有挡圈螺钉，所述挡圈螺钉的下端依次贯穿轴端挡圈、调刚盘和中心轴并延伸至中心轴内，所述调刚盘的上端安装有两个相互平行的调刚连杆，同一侧的第一滚子滑块侧板和随动滑块为一组，两组第一滚子滑块侧板和随动滑块分别和两个调刚连杆相对应，同一组内的第一滚子滑块侧板和随动滑块分别安装在其中一个调刚连杆的上端两侧。优选地，所述主传动行星减速器的输出轴为D形，主传动电机上设有编码器。优选地，所述调刚行星减速器的输出轴为D形，所述调刚电机上设有编码器。优选地，所述外壳上设有绝对位置编码器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、采用类椭圆机构的刚度调整机构，改变随动滑块的相对位置，从而改变弹簧片的有效作用长度，实现输出刚度的变化，主传动机构和调刚盘同步旋转，可实现定刚度输出，异步旋转实现变刚度输出；二、在结构上，主传动机构、刚度调整机构、刚度传动机构沿外壳轴向布置，结构紧凑，体积小；三、在小变形条件下，关节输出刚度近似仅与弹簧片有效作用长度有关，便于输出刚度解耦，从而为控制算法提供了方便；四、随动滑块通过滑动轴承与十字架滑轨连接，以及滚子滑块与弹簧片相接触，大大降低了摩擦，有利于降低能耗，且输出盘能够实现连续回转；综上所述，本装置能改变弹簧片的有效作用长度，实现输出刚度的变化，主传动机构和调刚盘同步旋转实现定刚度输出，异步旋转实现变刚度输出，便于输出刚度解耦，从而方便控制算法，降低了摩擦，有利于降低能耗，且输出盘能够实现连续回转，结构紧凑，体积小。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转动关节变刚度致动器，包括支撑机座(5)，其特征在于：所述支撑机座(5)包括底座(501)、外壳(502)和两个底座连接螺钉(503)，所述底座(501)位于外壳(502)的下端，且外壳(502)的下端和底座(501)的上端相抵触，两个底座连接螺钉(503)的一端均贯穿底座(501)并延伸至外壳(502)内，所述外壳(502)上设有力矩输出机构(1)，所述力矩输出机构(1)上设有两个相互平行的输出盘连接销(102)，两个输出盘连接销(102)均位于外壳(502)内，两个输出盘连接销(102)上设有刚度调整机构(2)，所述底座(501)的下端一侧设有主传动机构(3)，所述底座(501)的下端另一侧设有刚度传动机构(4)。

【技术特征摘要】
1.一种转动关节变刚度致动器，包括支撑机座(5)，其特征在于：所述支撑机座(5)包括底座(501)、外壳(502)和两个底座连接螺钉(503)，所述底座(501)位于外壳(502)的下端，且外壳(502)的下端和底座(501)的上端相抵触，两个底座连接螺钉(503)的一端均贯穿底座(501)并延伸至外壳(502)内，所述外壳(502)上设有力矩输出机构(1)，所述力矩输出机构(1)上设有两个相互平行的输出盘连接销(102)，两个输出盘连接销(102)均位于外壳(502)内，两个输出盘连接销(102)上设有刚度调整机构(2)，所述底座(501)的下端一侧设有主传动机构(3)，所述底座(501)的下端另一侧设有刚度传动机构(4)。2.根据权利要求1所述的一种转动关节变刚度致动器，其特征在于，所述力矩输出机构(1)包括设置在外壳(502)内顶部的输出盘轴承(101)，所述输出盘轴承(101)内贯穿设有输出盘(103)，且输出盘(103)的上端贯穿外壳(502)内的顶部并延伸至外壳(502)的上端，两个输出盘连接销(102)分别固定在输出盘(103)的下端两侧。3.根据权利要求1所述的一种转动关节变刚度致动器，其特征在于，所述刚度调整机构(2)包括分别贯穿设置在两个输出盘连接销(102)下端的弹簧片(205)，所述弹簧片(205)的两侧均设有滚子(206)，且弹簧片(205)的两侧分别抵触在两个滚子(206)的相对一侧，所述滚子(206)的两端均转动套接有滚子滑块微型轴承(204)，且同一侧的两个滚子滑块微型轴承(204)为一组，其中一组的两个滚子滑块微型轴承(204)上共同安装有第一滚子滑块侧板(203)，另一组的两个滚子滑块微型轴承(204)上共同安装有第二滚子滑块侧板(213)，所述第一滚子滑块侧板(203)和第二滚子滑块侧板(213)的两端分别贯穿设有滚子滑块螺钉(202)，同一侧的两个滚子滑块螺钉(202)为一组，同一组的两个滚子滑块螺钉(202)之间共同螺合有滚子滑块连接板(207)，两个滚子滑块连接板(207)均位于两个第一滚子滑块侧板(203)之间，两个滚子(206)均位于两个滚子滑块连接板(207)之间，两个弹簧片(205)之间设有十字架滑轨(201)，所述十字架滑轨(201)的两侧均螺合有弹簧片固定螺钉(212)，且两个弹簧片(205)分别螺纹套接在两个弹簧片固定螺钉(212)上，所述十字架滑轨(201)的四角分别抵触在四个滚子滑块连接板(207)的一侧，所述十字架滑轨(201)上贯穿设有滑动轴承(208)，且滑动轴承(208)的两端分别延伸至十字架滑轨(201)的两侧，所述滑动轴承(208)的两端均套接有随动滑块(209)，所述滑动轴承(208)的两端均设有滑轨连接件(210)，所述滑轨连接件(210)上均螺纹套接有滑轨连接螺钉(211)，所述滑轨连接螺钉(211)的一端贯穿滑轨连接件(210)和滑动轴承(208)并延伸至滑动轴承(208)内。4.根据权利要求1所述的一种转动关节变刚度致动器，其特征在于，所述主传动机构(3)包括设置在底座(501)下端一侧的主传动行星减速器(301)，所述主传动行星减速器(301)的上端四角均贯穿设有主传动行星减速器固定螺钉(307)，四个主传动行星减速器固定螺钉(307)的上端均贯穿底座(501)并延伸至底座(501)内，所述主传动行星减速器(301)的下端设有主传动电机(302)，且主传动行星减速器(301)安装在主传动电机(302)的输出轴上，所述主传动行星减速器(301)的输出轴贯穿底座(501)并延伸至底座(501)内的底部，所述主传动行星减速器(301)的输出轴末端固定有主驱动齿轮(310)，所述底座(501)内的侧壁上转动连接有...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彦东，李新亮，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13