一种用于机器人关节的变刚度驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于机器人关节的变刚度驱动系统，包括有A单边变刚度组件(1)、B单边变刚度组件(2)、对拉盘组件(3)和支撑组件(4)。其中，A单边变刚度组件(1)与B单边变刚度组件(2)相对放置在支撑组件(4)上，且保持在同一轴向上。A单边变刚度组件(1)中的A卷轮(1C)、B单边变刚度组件(2)中的B卷轮(2C)通过一条钢丝绳与对拉盘组件(3)中对拉盘(3A)实现连接。变刚度机构采用蜗轮蜗杆传动组件、滑轮绳绕组件和钢丝绳三者的运动，实现加载外力矩时两轴之间会产生一定的角度变形，并且其外力矩与角度变形之间并不是线性关系，从而实现变刚度功能。在机械臂或外骨骼机器人中使用本发明专利技术的变刚度驱动系统，可以有效的在碰撞时保护驱动系统和使用者，并能实现关节位置及刚度的独立控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于机器人关节的变刚度驱动系统


[0001]本专利技术涉及机器人关节的变刚度驱动机构，更特别地说，是指一种采用绳索进行对拉式驱动的实现机器人关节变刚度的驱动系统。

技术介绍

[0002]传统的机器人为了实现较高的位置精度，其关节多为刚性关节，这样很难实现安全舒适的人机交互功能。为了解决这个问题，人们提出并开发了变刚度关节。变刚度关节具有储能能力，这样有助于减少或消除在碰撞时对驱动系统和使用者的损伤，这对提高机器人的能效、安全性和舒适性具有重要意义。到目前为止，已经研究出各种变刚度关节，主要分为两种类型：固定变刚度关节和可调变刚度关节。所设计的对拉式变刚度关节为可调变刚度关节。与固定变刚度关节相比，可调变刚度关节能够动态改变刚度。根据执行机构设置，可调变刚度关节可进一步分为两组，即独立式变刚度关节和对拉式变刚度关节。
[0003]对于独立式变刚度关节，其通常包含两个独立的驱动器，一个用于控制关节位置，另一个用于刚度调节。目前已经有许多采用独立式变刚度关节设计的机构。它们可以通过以下三种方法实现：改变传动比，调整弹簧的物理特性以及改变弹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人关节的变刚度驱动系统，其特征在于：包括有A单边变刚度组件(1)、B单边变刚度组件(2)、对拉盘组件(3)和支撑组件(4)；其中，A单边变刚度组件(1)与B单边变刚度组件(2)的结构相同；A单边变刚度组件(1)与B单边变刚度组件(2)相对放置在支撑组件(4)上，且保持在同一轴向上；第一条钢丝绳缠绕在A单边变刚度组件(1)中的A卷轮(1C)、B单边变刚度组件(2)中的B卷轮(2C)、以及对拉盘组件(3)中的对拉盘(3A)上；A单边变刚度组件(1)包括有A电机(1A)、A变刚度机构(1B)、A卷轮(1C)、A卷轮轴(1H)、A角度传感器(1G)、AA联轴器(1E)和AB联轴器(1F)；A变刚度机构(1B)的输出轴(1B2)上套接有A圆柱滚子轴承(1L)；所述A圆柱滚子轴承(1L)安装在AB支撑架(4B)的立板上的DB通孔(4B1)中；A卷轮(1C)的中心部位是AA中心通孔(1C1)，AA中心通孔(1C1)用于放置A卷轮轴(1H)；A卷轮(1C)的圆盘体上设有用于缠绕绳索的A绳索槽(1C2)；A卷轮轴(1H)上设有A圆盘(1H1)；A圆盘(1H1)的一端设有AD轴段1H6、AC轴段(1H4)；所述AC轴段1H4上设有键槽(1H5)；A圆盘(1H1)的另一端设有AA轴段(1H2)、AB轴段(1H3)、AE轴段(1H7)；所述AA轴段(1H2)上套接有A卷轮(1C)；所述AB轴段(1H3)上套接有AA滚珠轴承(1J)，AA滚珠轴承(1J)安装在AC支撑架(4C)的立板上的DC通孔(4C1)中；所述AD轴段(1H6)上套接有AB滚珠轴承(1K)，AB滚珠轴承(1K)安装在AD支撑架(4D)的立板上的DD通孔(4D1)中；A卷轮轴(1H)的AC轴段(1H4)安装在AB联轴器(1F)的另一端的盲孔中，并在键槽(1H5)中放置键实现AB联轴器(1F)的另一端与A卷轮轴(1H)的AC轴段(1H4)的连接；A卷轮轴(1H)的AE轴段(1H7)上安装有A角度传感器(1G)，A角度传感器(1G)通过A传感器安装座(1D)固定，且A传感器安装座(1D)安装在AD支撑架(4D)的上端；AA联轴器(1E)一端的盲孔中安装有A电机(1A)的输出轴，AA联轴器(1E)另一端的盲孔中安装有A变刚度机构(1B)的输入轴(1B1)；AB联轴器(1F)一端的盲孔中安装有A变刚度机构(1B)的输出轴(1B2)的轴段端部，输出轴(1B2)的圆盘放置在A法兰盘(109)的沉头腔(109A)中，AB联轴器(1F)另一端的盲孔中安装有A卷轮轴(1H)的AC轴段(1H4)；A变刚度机构(1B)是蜗轮蜗杆传动组件(105)与滑轮绳绕组件(106)的组合；A变刚度机构(1B)包括有蜗轮蜗杆传动组件(105)、滑轮绳绕组件(106)、AA固定盘(107)、AB固定盘(108)、A法兰盘(109)、A滑轮固定圆盘(110)、壳体(101、102、103、104)；蜗轮蜗杆传动组件105包括有蜗轮蜗杆105F、预紧卷轮105E、传动轴105B；蜗轮蜗杆105F通过连接件固定在AA固定盘107上；预紧卷轮105E与蜗轮蜗杆105F中的蜗杆啮合；传动轴105B的轴盘固定在A法兰盘109的沉头腔109A中，传动轴105B一端的轴段上套接有AF滚珠轴105D(AF滚珠轴105D安装在AA固定盘107的JI通孔107I中)，且端部与预紧卷轮105E连接；传动轴105B另一端的轴段上套接有AE滚珠轴105C，AE滚珠轴105C安装在传动盖105A的腔中，传动盖105A通过凸耳固定在AB固定盘108上；滑轮绳绕组件106包括有A滑轮106A、A滑轮轴106B、B滑轮106C、B滑轮轴106D、C滑轮106E、C滑轮轴106F、D滑轮106G、D滑轮轴106H、E滑轮106I、E滑轮轴106J、F滑轮106K、F滑轮轴106L、G滑轮106M、G滑轮轴106N、H滑轮106O、H滑轮轴106P、I滑轮106Q、I滑轮轴106R、J滑
轮106S、J滑轮轴106T、第二条钢丝绳106U、弹簧106V；第二条钢丝绳106U的缠绕方式为：第二条钢丝绳106U的一端连接在弹簧106V的一端上，弹簧106V的另一端活动套接在锁钉上，锁钉的一端安装在AA固定盘107的JH通孔107H中，锁钉的另一端安装在AB固定盘108的KH通孔108H中；第二条钢丝绳106U的另一端顺次经过G滑轮106M
→
F滑轮106K
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J滑轮106S
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Q滑轮106I
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D滑轮106G
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I滑轮106Q
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G滑轮106E
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F滑轮106C
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G滑轮106O
→
F滑轮106A，最后固定在传动轴105B上；AA固定盘107的中心凸台107L用于固定输入轴1B1的圆盘；中心凸台107L的中心是J中心通孔107J，J中心通孔107J内安装有AD滚珠轴承110A；AD滚珠轴承110A套接在A滑轮固定圆盘110的凸轴110B上；A滑轮固定圆盘110安装在中心凸台107L的腔中，AA固定盘107的AA盘体107K上设有JA通孔107A、JB通孔107B、JC通孔107C、JD通孔107D、JE通孔107E、JF通孔107F、JG通孔107G、JH通孔107H、JI通孔107I；AB固定盘108的中心是K中心通孔108J，K中心通孔108J用于输出轴1B2穿过；AB固定盘108的AB盘体108K上设有KA通孔108A、KB通孔108B、KC通孔108C、KD通孔108D、KE通孔108E、KF通孔108F、KG通孔108G、KH通孔108H、KI通孔108I；A滑轮106A套接在A滑轮轴106B上，A滑轮轴106B的一端安装在JA通孔107A上，A滑轮轴106B的另一端安装在KA通孔108A上；B滑轮106C套接在B滑轮轴106D上，B滑轮轴106D的一端安装在JB通孔107B上，B滑轮轴106D的另一端安装在KB通孔108B上；C滑轮106E套接在C滑轮轴106F上，C滑轮轴106F的一端安装在JC通孔107C上，C滑轮轴106F的另一端安装在KC通孔108C上；D滑轮106G套接在D滑轮轴106H上，D滑轮轴106H的一端安装在JD通孔107D上，D滑轮轴106H的另一端安装在KD通孔108D上；E滑轮106I套接在E滑轮轴106J上，E滑轮轴106J的一端安装在JE通孔107E上，E滑轮轴106J的另一端安装在KE通孔108E上；F滑轮106K套接在F滑轮轴106L上，F滑轮轴106L的一端安装在JF通孔107F上，F滑轮轴106L的另一端安装在KF通孔108F上；G滑轮106M套接在G滑轮轴106N上，G滑轮轴106N的一端安装在JG通孔107G上，G滑轮轴106N的另一端安装在KG通孔108G上；H滑轮106O套接在H滑轮轴106P上，H滑轮轴106P的一端安装在A滑轮固定圆盘110的AD通孔110C上，H滑轮轴106P的另一端安装在输出轴1B2的AA通孔1B2A上；I滑轮106Q套接在I滑轮轴106R上，I滑轮轴106R...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟海，李中一，李启航，杨尚，王建华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：