本发明专利技术涉及一种可调刚度弹性直线伸缩式被动机器人关节，属于直线伸缩式可调刚度的弹性装置技术领域。包括上支撑，刚度调节装置和下支撑，其中，刚度调节装置包括刚度调节电机输出轴、轴承、刚度调节芯套、支撑筒、弹簧、导轨槽、限位螺钉和连接块；下支撑的圆周面上有限位块，中间层和导轨；上支撑的下端与刚度调节装置中的支撑筒固定连接；刚度调节装置由支撑筒支撑，支撑筒内壁通过轴承与刚度调节芯套两端连接，支撑筒与刚度调节芯套只有轴向圆周运动；下支撑与导轨槽通过导轨活动连接，导轨槽与支撑筒通过螺钉固定连接；本发明专利技术通过调节刚度大小，来调节关节的振动频率；连接到设备中，可以调节设备的振动情况，如起到隔振、减震及共振作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可调刚度弹性直线伸缩式被动机器人关节，属于直线伸缩式可调刚度的弹性装置
技术介绍
受大自然中跳跃、步行动物行走方式的启发，推动了对被动动态步行机器人的研究。被动动态步行机器人是一种类似人类行走的腿式机器人，腿式机器人腿部有多个自由度，运动灵活、稳定性高，其运动轨迹是一系列的离散足迹，可以到达轮式和履带式机器人无法到达的地方。在研究被动动态步行机器人行走过程中，如果只是通过调整机器人本身的参数进行调节，是一个很棘手的问题，调整过程中不仅费时，还需要大量的实验，如通过调节机器人关节部位电机来达到机器人运动的特定效果，其控制部分不仅复杂，而且整体能量消耗较大，对电机的要求较高。此外，被动动态步行机器人行走过程中必然会与地面发生碰撞，这一过程机器人脚质心速度的迅速变化会损失相当大的能量，无法对能量进行吸收、利用，对机器人装置有较大的冲击力。如果在机器人与地面接触的过程中调节机器人关节的刚度，将会较小机器人对地面较大的冲击，减小对机器人本身结构的冲击，还可以充分利用关节吸收的能量，提高能量的损失。此外，通过改变机器人关节刚度的大小，还可以避免机器人在与人交往中对人类的伤害。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种能提高腿式跳跃机器人运动能效性、实现动态高速运动的可调刚度被动机器人直线型关节，提出一种可调刚度弹性直线伸缩式被动机器人关节。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种可调刚度弹性直线伸缩式被动机器人关节，包括上支撑，刚度调节装置和下支撑，其中，刚度调节装置包括刚度调节电机输出轴、轴承、刚度调节芯套、支撑筒、弹簧、导轨槽、限位螺钉和连接块；下支撑的圆周面上有限位块，中间层和导轨；其连接关系为上支撑的上端与外部装置连接，上支撑的内部装有刚度调节电机，刚度调节电机与上支撑通过螺钉固定连接，上支撑的下端与刚度调节装置中的支撑筒固定连接；刚度调节装置由支撑筒支撑，刚度调节芯套位于支撑筒带端面的一端，支撑筒内壁通过轴承与刚度调节芯套两端连接，支撑筒与刚度调节芯套只有轴向圆周运动，刚度调节芯套为空心，刚度调节芯套的上端与刚度调节电机输出轴连接，刚度调节芯套的下端的内部有螺旋槽，刚度调节芯套通过螺旋槽与弹簧的上端连接且此端的弹簧圈不并紧，弹簧的下端与下支撑连接且弹簧的此端的弹簧圈并紧且磨平；弹簧的下端焊接有连接块，支撑筒带端面的一端与上支撑通过螺钉固定连接，支撑筒无端面的一端通过导轨槽与下支撑连接，支撑筒与导轨槽通过螺钉固定连接；下支撑与连接块通过螺钉固定连接，下支撑与导轨槽通过导轨活动连接，导轨槽与支撑筒通过螺钉固定连接，导轨槽的上端与轴承接触，防止轴承和刚度调节芯套攒动；下支撑通过导轨槽与支撑筒连接，导轨槽通过螺钉与支撑筒连接，下支撑的中间层与弹簧通过连接块固定连接，下支撑相对导轨槽和支撑筒只有径向运动。工作时，刚度调节电机带动刚度调节芯套旋转，刚度调节芯套旋转时通过刚度调节芯套的内的螺旋槽带动弹簧沿支撑筒轴向方向运动，改变弹簧的有效工作长度，达到调节关节整体刚度的目的，能提高腿式机器人的运动能效性、实现动态高速运动，能关节改变振动频率。当刚度调节电机带动刚度调节芯套旋转时，弹簧有效工作长度增加，达到一定长度时，限位块与限位螺钉接触，刚度调节电机停止。限位块和限位螺钉防止弹簧脱离刚度调节芯套与下支撑一起脱离刚度调节装置。有益效果本专利技术通过调节刚度大小，来调节关节的振动频率；连接到设备中，可以调节设备的振动情况，如起到隔振、减震及共振作用。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；其中，1-上支撑，2-刚度调节电机，2-1-刚度调节电机输出轴，3-轴承，4-刚度调节芯套，5-支撑筒，6-弹簧，7-导轨槽，8-限位螺钉，9-连接块，10-下支撑，10-1-限位块， 10-2-中间层，10-3-导轨。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。实施例一种可调刚度弹性直线伸缩式被动机器人关节，包括上支撑1，刚度调节装置和下支撑10，其中，刚度调节装置包括刚度调节电机输出轴2-1、轴承3、刚度调节芯套4、支撑筒 5、弹簧6、导轨槽7、限位螺钉8和连接块9 ；下支撑10的圆周面上有限位块10-1，中间层 10-2和导轨10-3 ；其连接关系为上支撑1的上端与外部装置连接，上支撑1的内部装有刚度调节电机2，刚度调节电机2与上支撑1通过螺钉固定连接，上支撑1的下端与刚度调节装置中的支撑筒5固定连接；刚度调节装置由支撑筒5支撑，刚度调节芯套4位于支撑筒5带端面的一端，支撑筒5内壁通过轴承3与刚度调节芯套4两端连接，支撑筒5与刚度调节芯套4只有轴向圆周运动，刚度调节芯套4为空心，刚度调节芯套4的上端与刚度调节电机输出轴2-1连接， 刚度调节芯套4的下端的内部有螺旋槽，刚度调节芯套4通过螺旋槽与弹簧6的上端连接且此端的弹簧圈不并紧，弹簧6的下端与下支撑10连接且弹簧6的此端的弹簧圈并紧且磨平；弹簧6的下端焊接有连接块9，支撑筒5带端面的一端与上支撑1通过螺钉固定连接， 支撑筒5无端面的一端通过导轨槽7与下支撑10连接，支撑筒5与导轨槽7通过螺钉固定连接；下支撑10与连接块9通过螺钉固定连接，下支撑10与导轨槽7通过导轨活动连4接，导轨槽7与支撑筒5通过螺钉固定连接，导轨槽7的上端与轴承3接触，防止轴承3和刚度调节芯套4攒动；下支撑10通过导轨槽7与支撑筒5连接，导轨槽7通过螺钉与支撑筒5连接，下支撑10的中间层10-2与弹簧6通过连接块9固定连接，下支撑10相对导轨槽7和支撑筒5只有径向运动。工作时，刚度调节电机2带动刚度调节芯套4旋转，刚度调节芯套4旋转时通过刚度调节芯套4的内的螺旋槽带动弹簧6沿支撑筒5轴向方向运动，改变弹簧6的有效工作长度，达到调节关节整体刚度的目的，能提高腿式机器人的运动能效性、实现动态高速运动，能关节改变振动频率。当刚度调节电机2带动刚度调节芯套4旋转时，弹簧6有效工作长度增加，达到一定长度时，限位块10-1与限位螺钉8接触，刚度调节电机2停止。限位块 10-1和限位螺钉8防止弹簧6脱离刚度调节芯套4与下支撑10 —起脱离刚度调节装置；上述的弹簧6为圆柱螺旋压缩弹簧。本专利技术的可调刚度弹簧被动机器人关节，通过小功率电机对机器人关节刚度进行调节。这种方法是通过改变模具弹簧的有效工作长度，来达到对关节刚度弹性的调节，使跳跃机器人在运动过程中能效性达到最优，能提高腿式机器人的运动能效性、实现动态高速运动，实现机器人被动动力学周期运动。在机器人跳跃或行走过程中，部分身体的动能和势能是由在碰撞过程中储存瞬时弹性应变能提供的，并在弹性反弹阶段释放储存的能量。这种现象极大地降低了肌肉的工作要求，并降低运动过程中的能量消耗。人类和动物最有可能储存弹性能量的部位是在肌肉，肌腱，韧带和骨骼中，在发生碰撞时，可以减少总机械能波动。在机器人方面，这些问题可以通过调整机器人的结构刚度得到改善。可调刚度关节的弹簧类似于肌肉，肌腱，韧带， 吸收碰撞引起的能量损失和减少机器人整体结构的剧烈冲击，减小振动。如通过调节关节刚度的大小，可以减少被动机器人在运动中能量的消耗，降低被动机器人关机部位驱动器的要求，减小被动机器人在跳跃碰撞过程中对机器人身体结构的剧烈冲击。由于腿部的弹性与腿的步频和与地面接本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种可调刚度弹性直线伸缩式被动机器人关节，其特征在于：包括上支撑（１），刚度调节装置和下支撑（１０），其中，刚度调节装置包括刚度调节电机输出轴（２－１）、轴承（３）、刚度调节芯套（４）、支撑筒（５）、弹簧（６）、导轨槽（７）、限位螺钉（８）和连接块（９）；下支撑１０的圆周面上有限位块（１０－１），中间层（１０－２）和导轨（１０－３）；上支撑（１）的上端与外部装置连接，上支撑（１）的内部装有刚度调节电机（２），刚度调节电机（２）与上支撑（１）固定连接，上支撑（１）的下端与刚度调节装置中的支撑筒（５）固定连接；刚度调节装置由支撑筒（５）支撑，刚度调节芯套（４）位于支撑筒（５）带端面的一端，支撑筒（５）内壁通过轴承（３）与刚度调节芯套（４）两端连接，支撑筒（５）与刚度调节芯套（４）只有轴向圆周运动，刚度调节芯套（４）为空心，刚度调节芯套（４）的上端与刚度调节电机输出轴（２－１）连接，刚度调节芯套（４）的下端的内部有螺旋槽，刚度调节芯套（４）通过螺旋槽与弹簧（６）的上端连接且此端的弹簧圈不并紧，弹簧（６）的下端与下支撑（１０）连接且弹簧（６）的此端的弹簧圈并紧且磨平；弹簧（６）的下端焊接有连接块（９），支撑筒（５）带端面的一端与上支撑（１）固定连接，支撑筒（５）无端面的一端通过导轨槽（７）与下支撑（１０）连接，支撑筒（５）与导轨槽（７）固定连接；下支撑（１０）与连接块（９）固定连接，下支撑（１０）与导轨槽（７）通过导轨活动连接，导轨槽（７）与支撑筒（５）固定连接，导轨槽（７）的上端与轴承（３）接触，防止轴承（３）和刚度调节芯套（４）攒动；下支撑（１０）圆周面上有直线导轨（１０－３）和限位块（１０－１），下支撑（１０）通过导轨槽（７）与支撑筒（５）连接，导轨槽（７）与支撑筒（５）连接，下支撑（１０）的中间层（１０－２）与弹簧（６）通过连接块（９）固定连接，下支撑（１０）相对导轨槽（７）和支撑筒（５）只有径向运动。...
【技术特征摘要】
1.一种可调刚度弹性直线伸缩式被动机器人关节，其特征在于包括上支撑(1)，刚度调节装置和下支撑(10)，其中，刚度调节装置包括刚度调节电机输出轴0-1)、轴承(3)、刚度调节芯套(4)、支撑筒(5)、弹簧(6)、导轨槽(7)、限位螺钉(8)和连接块(9)；下支撑10 的圆周面上有限位块(10-1)，中间层(10-2)和导轨(10-3)；上支撑(1)的上端与外部装置连接，上支撑(1)的内部装有刚度调节电机0)，刚度调节电机( 与上支撑(1)固定连接，上支撑(1)的下端与刚度调节装置中的支撑筒(5)固定连接；刚度调节装置由支撑筒(5)支撑，刚度调节芯套⑷位于支撑筒(5)带端面的一端， 支撑筒(5)内壁通过轴承C3)与刚度调节芯套(4)两端连接，支撑筒( 与刚度调节芯套(4)只有轴向圆周运动，刚度调节芯套(4)为空心，刚度调节芯套的上端与刚度调节电机输出轴(2-1)连接，刚度调节芯套(4)的下端的内部有螺旋槽，刚度调节芯套(4)通过螺旋槽与弹簧(6)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：何广平，李士明，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：11
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