一种单向平面扭簧制造技术

本发明专利技术提供了一种单向平面扭簧，包括扭簧外圈、扭簧内圈以及多个扭簧弹性体；扭簧内圈位于扭簧外圈的内侧，并且扭簧外圈与扭簧内圈之间存在间隙，多个扭簧弹性体分布在扭簧外圈与扭簧内圈之间的间隙中，其中扭簧弹性体从扭簧外圈的内周面引出，沿着扭簧内圈的外周方向以环绕曲线为延伸基准，延展连接至扭簧内圈的外周面，扭簧内圈的外周面设有抵接部，扭簧外圈的内周面设有与抵接部配合的止挡部，并且止挡部位于扭簧弹性体切线方向的正方向前方。本发明专利技术的单向平面扭簧一方面增大了平面扭簧中扭簧内圈、扭簧外圈的单向相对转动角度，另一方面平面扭簧中扭簧内圈、扭簧外圈相对转动时的整体刚度基本不变，具有结构简单、实用性强的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种单向平面扭簧
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种单向平面扭簧。
技术介绍
近年来，人们通过阻抗控制、传感器感知、串联弹性驱动器等方式，来实现在人类与机器人之间建立安全交互的系统。其中，采用串联弹性驱动的关节具有较好的抗冲击性，使得关节从机械结构上具备柔性，得到广泛的应用，这种柔性关节的主要方式是采用平面扭簧形式的串联弹性驱动形式，具有关节的紧凑化、小型化的优点。基于平面扭簧特性的柔性关节是依靠内外圈的相对旋转、配合弹性部分的变形实现关节的柔性，平面扭簧的结构形式主要为扭簧内圈、扭簧外圈以及中间的扭簧弹性体的结构，基于平面扭簧特性的柔性关节是依靠扭簧内、外圈的相对旋转，弹性体变形实现关节的柔性。在扭簧应用于关节的开发上，哈尔滨工业大学的杨德财等人提出了一种基于扭簧特性的变刚度关节(公开号CN105345839A)，哈尔滨工程大学的王立权等人提出了双串联弹性驱动器(公开号CN101318331A)，这些扭簧均为传统螺旋状弹簧，难以实现机器人关节结构的紧凑化。浙江大学的朱秋国等人提出了一种适用于机器人关节的平面扭簧(公开号CN102632508A)，在国内第一次开发出适用于机器人关节的平面扭簧，解决了传统扭簧占用空间大、结构松散的问题。浙江大学的林群祐等人公开了柔性关节的平面扭簧(公开号CN103836101A)，旨在提升最大扭矩值和相对旋转角度，同时增加限位索来保护平面扭簧。前述的平面扭簧的工作模式一般为，在关节正向驱动时，内圈带动弹性部分正向变形，当产生的力矩大于负载力矩时，外圈正向转动；当关节反向驱动时，内圈先反向转动，带动弹性部分首先回到平衡位置，随后继续反向旋转变形，当产生的力矩大于负载力矩时，驱动外圈反向转动。现有技术中的平面扭簧为满足双向变形的要求，采用对称结构，这样的平面扭簧在设计时需要考虑双向变形时弹性体所需的变形，并为之预留足够的变形空间，这就造成了在一些特殊的场合，例如搬运设备、农业机械(插秧机、割草机)等，设备只有单向力矩输出的需求，在使用现有技术中的柔性结构时，对称设计的平面扭簧会极大浪费扭簧内外圈之间的空间，不能很好地满足柔性关节对较大相对转动角度的要求。此外，现有技术中的平面扭簧，多用限位索实现限位功能，即使绳索受拉来限制平面扭簧的最大相对转动角度，这种形式依赖于绳索的强度，且绳索在未被拉伸(不受拉力)时的状态不易控制，柔软的绳索可能会与其他结构发生干涉，使得限位索的作用失效，降低限位功能的可靠性。现有技术中平面扭簧的刚度会随着平面扭簧内、外圈的相对转动而变化，刚度不为常值，并且很难进行确定，这增大了柔性关节力矩输出的控制难度，不能满足实际的使用需求；目前为获取关节的输出力矩，需加装价格昂贵的力矩传感器，提高了成本，增添了结构的复杂程度。基于此，本申请提供了一种单向平面扭簧。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种单向平面扭簧，一方面增大了平面扭簧中扭簧内圈、扭簧外圈的单向相对转动角度，另一方面平面扭簧中扭簧内圈、扭簧外圈相对转动时的整体刚度基本不变，结构简单，实用性强。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种单向平面扭簧，包括扭簧外圈、扭簧内圈以及多个扭簧弹性体；扭簧内圈位于扭簧外圈的内侧，并且扭簧外圈与扭簧内圈之间存在间隙，多个扭簧弹性体分布在扭簧外圈与扭簧内圈之间的间隙中，其中扭簧弹性体从扭簧外圈的内周面引出，沿着扭簧内圈的外周方向以环绕曲线为延伸基准，延展连接至扭簧内圈的外周面，扭簧内圈的外周面设有抵接部，扭簧外圈的内周面设有与抵接部配合的止挡部，并且止挡部位于扭簧弹性体切线方向的正方向前方。在本专利技术的上述技术方案中，环绕曲线为沿着扭簧内圈的外周单向延伸的曲线，即该环绕曲线的切线方向的正方向始终不变(例如为顺时针或者逆时针方向)，其环绕的角度根据设计需要进行选择。这里的延伸基准是指扭簧弹性体的投影所呈现出来的主要轮廓方向，而非限定扭簧弹性体的具体形状。进一步的，在扭簧内圈与扭簧外圈相对旋转至设定的角度范围后(这个过程扭簧弹性体会产生变形，并且储存能量以实现关节的柔性)，抵接部会与止挡部接触，并且被止挡部限位，起到限位、保护扭簧结构的作用；此时止挡部与抵接部之间的配合，可以阻止扭簧弹性体进一步产生变形，使得该平面扭簧的刚度急剧增大至近似表现为刚性。根据本专利技术的另一种具体实施方式，扭簧弹性体的环绕曲线为平面螺旋线，其中，扭簧弹性体的数目为两个以上，例如为M个(M为大于等于2的整数)，优选的，M个扭簧弹性体均匀分布于扭簧内圈的圆周或者相对设置，通过选择不同的M值可以改变扭簧整体的刚度；通过改变平面螺旋线的螺距p和圈数q可以调整扭簧弹性体的外扩速率以及终止位置，进而适应不同尺寸的扭簧内圈与扭簧外圈的结构，具体的，扭簧弹性体的壁厚可以根据具体需求调整，以更好地适应对不同刚度的需求。根据本专利技术的另一种具体实施方式，扭簧弹性体任一位置点与扭簧外圈的最小间距，设置为不超过该位置点与扭簧内圈的最小间距。进一步的，扭簧弹性体任一位置点与扭簧外圈的最小间距，与该位置点与扭簧内圈的最小间距之间的距离比是1：1￣1：5，例如二者之间的距离比为1：2。根据本专利技术的另一种具体实施方式，抵接部具有朝向扭簧内圈的外周面突出的抵接弧面，止挡部具有与抵接弧面配合的止挡弧面，抵接弧面与止挡弧面之间线-线抵接配合。本方案中抵接部与止挡部之间的弧形面结构形式，可以节省空间，便于进行结构设计，尤其是在承载不太大的场合具有优良的使用效果。根据本专利技术的另一种具体实施方式，抵接部具有朝向扭簧内圈的外周面突出形成的抵接平面，止挡部具有与平面配合的止挡平面，抵接平面与止挡平面之间面-面抵接配合。本方案中抵接部与止挡部之间的平面(斜面)结构形式，可以有效提高抵接的强度，并且能够承受较大的负载，尤其适用于需要进行重载的机械结构中。根据本专利技术的另一种具体实施方式，抵接部设有第一槽，第一槽与扭簧外圈、扭簧内圈之间的间隙连通或者不连通；止挡部设有第二槽，第二槽与扭簧外圈、扭簧内圈之间的间隙连通或者不连通。根据本专利技术的另一种具体实施方式，扭簧内圈的内周面上、扭簧外圈的外周面上均设有连接键槽。本专利技术具备以下有益效果：1、本专利技术中的扭簧弹性体使用平面螺旋线，通过改变螺旋线的螺距和圈数可以很方便地进行参数化设计，便于确定扭簧弹性体的形式，使得弹性体有更好的参数性能；2、本专利技术中通过抵接部、止挡部之间的相对位置来限制平面扭簧的最大转动角度，同时起到限位、保护扭簧结构的作用，此外还具有结构稳定、可靠性高的优点；3、本专利技术中扭簧弹性体的结构形式，平面扭簧的整体刚度在扭簧内圈、扭簧外圈相对转动时近似保持不变，便于获取关节的力矩，大大降低成本；4、本专利技术的平面扭簧结构形式设计更加合理，增大了扭簧弹性体单向变形时的变形空间，扭簧的扭矩承载量更高，最大相对转动范围更大。下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单向平面扭簧，其特征在于，包括：/n扭簧外圈；/n扭簧内圈，位于所述扭簧外圈的内侧，并且所述扭簧外圈与所述扭簧内圈之间存在间隙；/n以及多个扭簧弹性体，分布在所述扭簧外圈与所述扭簧内圈之间的间隙内；/n其中所述扭簧弹性体从所述扭簧外圈的内周面引出，沿着所述扭簧内圈的外周方向以环绕曲线为延伸基准，延展连接至所述扭簧内圈的外周面；/n其中所述扭簧内圈的外周面设有抵接部，所述扭簧外圈的内周面设有与所述抵接部配合的止挡部，并且所述止挡部位于所述扭簧弹性体切线方向的正方向前方。/n

【技术特征摘要】
1.一种单向平面扭簧，其特征在于，包括：
扭簧外圈；
扭簧内圈，位于所述扭簧外圈的内侧，并且所述扭簧外圈与所述扭簧内圈之间存在间隙；
以及多个扭簧弹性体，分布在所述扭簧外圈与所述扭簧内圈之间的间隙内；
其中所述扭簧弹性体从所述扭簧外圈的内周面引出，沿着所述扭簧内圈的外周方向以环绕曲线为延伸基准，延展连接至所述扭簧内圈的外周面；
其中所述扭簧内圈的外周面设有抵接部，所述扭簧外圈的内周面设有与所述抵接部配合的止挡部，并且所述止挡部位于所述扭簧弹性体切线方向的正方向前方。


2.如权利要求1所述的单向平面扭簧，其特征在于，所述扭簧弹性体的环绕曲线为平面螺旋线。


3.如权利要求1所述的单向平面扭簧，其特征在于，位于扭簧外圈与所述扭簧内圈之间的多个所述扭簧弹性体呈圆形阵列分布或者相对设置。


4.如权利要求1所述的单向平面扭簧，其特征在于，所述扭簧弹性体任一位置点与所述扭簧外圈的最小间距，设置为不超过该位置点与所述扭簧内圈的最小间距。


5.如权利要求4所述的单向平面扭簧，其特征在于，所述扭簧弹性体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，刘一帆，宁英豪，黄海林，徐文福，杨晓钧，林峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44