一种可变刚度机器人关节结构制造技术

一种可变刚度机器人关节结构，属于仿生机器人关节技术领域，适用于仿生机器人的肘关节。本发明专利技术与现有技术相比，设计了一种全新的机器人关节结构，能够模拟具有非线性变刚度肌肉特性的关节，本发明专利技术采用弹簧片作为刚度调节部件，且弹簧片作为力传递部件，其刚度会根据作用长度变化而改变，为满足弹簧片作用长度的调节，本发明专利技术通过动力组件及动作执行组件配合驱动，通过移动滑座的滑移便可轻松调整弹簧片的作用长度。本发明专利技术可实现在刚度不变的情况下，仅令关节结构发生转动，即满足恒刚度条件下关节结构的位置调整；本发明专利技术还可实现在关节结构不发生转动的情况下，仅改变关节结构的刚度，从而满足设定刚度条件下的关节工作要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于仿生机器人关节
，特别是涉及一种可变刚度机器人关节结构，适用于仿生机器人的肘关节。
技术介绍
随着机器人技术的发展，如康复机器人、穿戴式机器人、智能假肢、行走机器人等以人为中心的机器人越来越多，物理性人机交互也随着增加，人机交互安全性和环境适应性也受到更广泛关注。为了满足机器人对控制精度高、响应快、控制简易性的要求，通过电机驱动方式保证机器人末端的执行精度，已被越来越多的机器人应用，但是，其还具有高刚度的特点，而高刚度特性并不利于人机交互安全性的要求。从运动生物力学角度看，肌肉是人体运动系统的动力来源，并通过肌肉收缩的力量维持或完成动作的执行。肌肉具有非线性变刚度特性，能够缓冲一定的碰撞，还能吸收和存储能量，因此，如果能够借鉴人体骨骼肌肉系统，设计具有仿生肌肉特性的关节，便可以改善传统机器人的高刚度特性，以提高人机交互的安全性和环境适应性。目前，随已有许多模仿骨骼肌的实现方式，如电致聚合物类人工肌肉、形状记忆合金、气动人工肌肉、具有弹性元件的变刚度驱动器等，但是上述模仿骨骼肌的实现方式仍无法完全模拟出人类关节的特性，并存在着输出力较小、重量大、运动范围小、刚度较小等不足之处。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种可变刚度机器人关节结构，能够模拟具有非线性变刚度肌肉特性的关节，有效提高人机交互的安全性和环境适应性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种可变刚度机器人关节结构，包括大臂、大臂支架、小臂、小臂支架及可变刚度关节机构，所述可变刚度关节机构包括动力组件及动作执行组件，所述动力组件包括中心轴、第一驱动电机、第一蜗杆、第一蜗轮、第二驱动电机、第二蜗杆、第二蜗轮及套筒，所述动作执行组件包括内齿圈、太阳轮、行星轮、行星架、滑槽架、移动滑座及弹簧片；所述大臂固接在大臂支架上，所述中心轴通过轴承安装在大臂支架内，且中心轴与大臂相垂直；所述小臂固接在小臂支架上，小臂支架通过轴承连接在中心轴上，且小臂与中心轴相垂直；所述套筒通过轴承套装在中心轴上，套筒一侧端部设置为法兰盘结构；所述第一蜗杆通过轴承安装在大臂支架内，且第一蜗杆与大臂相平行，所述第一驱动电机与第一蜗杆一端相连接；所述第一蜗轮固定套装在套筒上，第一蜗轮与第一蜗杆相嗤合；所述第二蜗杆通过轴承安装在大臂支架内，且第二蜗杆与大臂相平行，所述第二驱动电机与第二蜗杆一端相连接；所述第二蜗轮固定套装在中心轴上，第二蜗轮与第二蜗杆相啮合；所述内齿圈套在中心轴外侧并与套筒的端部法兰盘结构相固连，且内齿圈与中心轴同轴心设置；所述太阳轮固定套装在中心轴上，所述行星轮位于内齿圈与太阳轮之间，且行星轮同时与内齿圈及太阳轮相嗤合；所述行星架通过轴承套装在中心轴上，所述行星轮与行星架之间连接有行星轮轴，行星轮轴一端固接在行星轮中心，行星轮轴另一端通过轴承连接在行星架上；所述滑槽架套在中心轴外侧并与行星架相固连，在滑槽架内设置有滑道，且滑道与中心轴相垂直；所述移动滑座通过滑道安装在滑槽架上，移动滑座与滑道滑动配合，在移动滑座与行星轮轴之间设置有曲柄，曲柄一端固定连接在行星轮轴上，在曲柄另一端设置有销轴，且销轴与中心轴相平行；在所述移动滑座上设置有让位销槽，所述销轴位于让位销槽内；在所述移动滑座内设置有相平行的两根限位杆，两根限位杆之间留有缝隙；所述弹簧片一端固定连接在滑槽架上，弹簧片另一端穿过限位杆之间的缝隙固接有夹头；在所述小臂支架上设置有让位滑槽，在让位滑槽内设置有滑杆，所述夹头与滑杆的杆体相固连。所述行星轮数量为两个，两个行星轮相对于中心轴的轴向中心线对称设置。由所述行星轮、行星轮轴、曲柄、销轴、移动滑座、限位杆、弹簧片，夹头及滑杆共同构成可变刚度执行组件，可变刚度执行组件为两套，两套可变刚度执行组件相对于中心轴的轴向中心线对称设置。所述小臂支架采用U型支撑架结构。本专利技术的有益效果:本专利技术与现有技术相比，设计了一种全新的机器人关节结构，能够模拟具有非线性变刚度肌肉特性的关节，本专利技术采用弹簧片作为刚度调节部件，且弹簧片作为力传递部件，其刚度会根据作用长度变化而改变，为满足弹簧片作用长度的调节，本专利技术通过动力组件及动作执行组件配合使用，通过移动滑座的滑移便可轻松调整弹簧片的作用长度。本专利技术可实现在刚度不变的情况下，仅令关节结构发生转动，即满足恒刚度条件下关节结构的位置调整；本专利技术还可实现在关节结构不发生转动的情况下，仅改变关节结构的刚度，从而满足设定刚度条件下的关节工作要求。【附图说明】图1为本专利技术的一种可变刚度机器人关节结构结构示意图；图2为安装有中心轴的动作执行组件结构示意图；图3为小臂及小臂支架与动作执行组件组合后的结构示意图；图4为移动滑座的结构示意图；图中，I一大臂，2—大臂支架，3—小臂，4一小臂支架，5—中心轴，6—第一驱动电机，7—第一蜗杆，8一第一蜗轮，9一第二驱动电机，10—第二蜗杆，11一第二蜗轮，12一套筒，13—内齿圈，14 一太阳轮，15—行星轮，16—行星架，17—滑槽架，18—移动滑座，19 一弹黃片，20一行星轮轴，21一滑道，22一曲柄，23一销轴，24一让位销槽，25一限位杆，26一缝隙，27—让位滑槽，28—滑杆，29—夹头。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1、2、3、4所示，一种可变刚度机器人关节结构，包括大臂1、大臂支架2、小臂3、小臂支架4及可变刚度关节机构，所述可变刚度关节机构包括动力组件及动作执行组件，所述动力组件包括中心轴5、第一驱动电机6、第一蜗杆7、第一蜗轮8、第二驱动电机9、第二蜗杆10、第二蜗轮11及套筒12，所述动作执行组件包括内齿圈13、太阳轮14、行星轮15、行星架16、滑槽架17、移动滑座18及弹簧片19 ;所述大臂I固接在大臂支架2上，所述中心轴5通过轴承安装在大臂支架2内，且中心轴5与大臂I相垂直；所述小臂3固接在小臂支架4上，小臂支架4通过轴承连接在中心轴5上，且小臂3与中心轴5相垂直；所述套筒12通过轴承套装在中心轴5上，套筒12一侧端部设置为法兰盘结构；所述第一蜗杆7通过轴承安装在大臂支架2内，且第一蜗杆7与大臂I相平行，所述第一驱动电机6与第一蜗杆7 —端相连接；所述第一蜗轮8固定套装在套筒12上，第一蜗轮8与第一蜗杆7相嗤合；所述第二蜗杆10通过轴承安装在大臂支架2内，且第二蜗杆10与大臂I相平行，所述第二驱动电机9与第二蜗杆10—端相连接；所述第二蜗轮11固定套装在中心轴5上，第二蜗轮11与第二蜗杆10相啮合；所述内齿圈13套在中心轴5外侧并与套筒12的端部法兰盘结构相固连，且内齿圈13与中心轴5同轴心设置；所述太阳轮14固定套装在中心轴5上，所述行星轮15位于内齿圈13与太阳轮14之间，且行星轮15同时与内齿圈13及太阳轮14相啮合；所述行星架16通过轴承套装在中心轴5上，所述行星轮15与行星架16之间连接有行星轮轴20，行星轮轴20 —端固接在行星轮15中心，行星轮轴20另一端通过轴承连接在行星架16上；所述滑槽架17套在中心轴5外侧并与行星架16相固连，在滑槽架17内设置有滑道21，且滑道21与中心轴5相垂直；所述移动当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变刚度机器人关节结构，其特征在于：包括大臂、大臂支架、小臂、小臂支架及可变刚度关节机构，所述可变刚度关节机构包括动力组件及动作执行组件，所述动力组件包括中心轴、第一驱动电机、第一蜗杆、第一蜗轮、第二驱动电机、第二蜗杆、第二蜗轮及套筒，所述动作执行组件包括内齿圈、太阳轮、行星轮、行星架、滑槽架、移动滑座及弹簧片；所述大臂固接在大臂支架上，所述中心轴通过轴承安装在大臂支架内，且中心轴与大臂相垂直；所述小臂固接在小臂支架上，小臂支架通过轴承连接在中心轴上，且小臂与中心轴相垂直；所述套筒通过轴承套装在中心轴上，套筒一侧端部设置为法兰盘结构；所述第一蜗杆通过轴承安装在大臂支架内，且第一蜗杆与大臂相平行，所述第一驱动电机与第一蜗杆一端相连接；所述第一蜗轮固定套装在套筒上，第一蜗轮与第一蜗杆相啮合；所述第二蜗杆通过轴承安装在大臂支架内，且第二蜗杆与大臂相平行，所述第二驱动电机与第二蜗杆一端相连接；所述第二蜗轮固定套装在中心轴上，第二蜗轮与第二蜗杆相啮合；所述内齿圈套在中心轴外侧并与套筒的端部法兰盘结构相固连，且内齿圈与中心轴同轴心设置；所述太阳轮固定套装在中心轴上，所述行星轮位于内齿圈与太阳轮之间，且行星轮同时与内齿圈及太阳轮相啮合；所述行星架通过轴承套装在中心轴上，所述行星轮与行星架之间连接有行星轮轴，行星轮轴一端固接在行星轮中心，行星轮轴另一端通过轴承连接在行星架上；所述滑槽架套在中心轴外侧并与行星架相固连，在滑槽架内设置有滑道，且滑道与中心轴相垂直；所述移动滑座通过滑道安装在滑槽架上，移动滑座与滑道滑动配合，在移动滑座与行星轮轴之间设置有曲柄，曲柄一端固定连接在行星轮轴上，在曲柄另一端设置有销轴，且销轴与中心轴相平行；在所述移动滑座上设置有让位销槽，所述销轴位于让位销槽内；在所述移动滑座内设置有相平行的两根限位杆，两根限位杆之间留有缝隙；所述弹簧片一端固定连接在滑槽架上，弹簧片另一端穿过限位杆之间的缝隙固接有夹头；在所述小臂支架上设置有让位滑槽，在让位滑槽内设置有滑杆，所述夹头与滑杆的杆体相固连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：房立金，王颜，周生啓，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21