[发明专利]一种变速比串并联弹性驱动转动关节机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种变速比串并联弹性驱动关节机构，属于机器人技术领域。

背景技术

传统的机器人转动关节一般是由驱动单元直接驱动，具有较好的位置控制精度，由于转动关节结构中没有设置柔性原件，不具有缓冲的功能，但在很多场合关节受到冲击载荷，这时会产生震动，而且现有的机器人转动关节不能调整传动比，致使驱动器无法适应不同的工作状态，比如装在机器人膝关节处分别进行平地行走与上楼梯，上楼梯时关节所需要的驱动力矩要远远大于平地行走。在楼梯时，无法增大传动比来保证驱动器可以输出足够的力量完成上搂的功能。

发明内容

本发明为了解决现有的机器人转动关节不能连续改变传动比，不具有缓冲的功能，致使关节受到冲击载荷会产生震动的问题，进而提供了一种变速比串并联弹性驱动转动关节机构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种变速比串并联弹性驱动转动关节机构，所述变速比串并联弹性驱动关节机构包括机器人上肢和机器人下肢，所述变速比串并联弹性驱动关节机构还包括弹性驱动器和串并联驱动关节，机器人上肢和机器人下肢通过串并联驱动关节连接在一起，弹性驱动器通过带传动驱动驱动串并联驱动关节动作；

弹性驱动器包括驱动电机、摩擦轮滑动导杆、小摩擦轮、大摩擦轮、转轴、推力弹簧、推力轴承和舵机；驱动电机的输出轴连接摩擦轮滑动导杆，小摩擦轮通过滑动键安装在摩擦轮滑动导杆上，小摩擦轮可在所述擦轮滑动导杆轴向滑动并能跟随所述擦轮滑动导杆一起转动；大摩擦轮固装在转轴上，转轴的一端通过一对滚针轴承支撑并安装在固定于机器人上肢上的支撑机座内，转轴可实现轴向移动；大摩擦轮和小摩擦轮之间摩擦传动；推力轴承安装在转轴的另一端上，位于推力轴承两端的转轴上还设有第一挡圈和第二挡圈，推力轴承上还设有阶梯状挡筒，推力弹簧套在所述阶梯状挡筒上，推力弹簧位于支撑机座上具有的挡环和阶梯状挡筒的边沿之间且与二者相接触，转轴还装有滚动圆柱支架，滚动圆柱和固定圆柱分别安装在滚动圆柱支架内，滚动圆柱和固定圆柱分别位于止推块的两侧且滚动圆柱靠近转轴的另一端端面；推力弹簧通过推力轴承作用在转轴上，使大摩擦轮和小摩擦轮之间具有压紧力；舵机带动两套曲柄摇杆机构运动，一套曲柄摇杆机构包括第一曲柄和第一连杆，另一套曲柄摇杆机构包括第二曲柄和第二连杆，舵机的输出轴与第一曲柄固连，第一曲柄与第二曲柄之间有间隙，第一曲柄可间歇地带动第二曲柄运动；第一连杆带动止推块上下移动，止推块上开有圆弧形凹槽，止推块上下移动过程中，滚动圆柱嵌入和嵌出所述圆弧形凹槽，从而推动转轴发生轴向移动；第二连杆可带动小摩擦轮在摩擦轮滑动导杆上滑动；小带轮安装在转轴上；

串并联驱动关节包括并联扭簧和串联扭簧，机器人上肢上固设关节轴，关节轴上具有延伸件，机器人下肢上设有关节套，关节套的外侧圆周还设有环形槽，关节套套装在关节轴上且二者之间安装有第一关节轴承，挡盖的内表上具有挡盖轴，挡盖轴安装在延伸件的内腔中且二者之间装有第二关节轴承，轴承端盖安装在关节套上用于定位第一关节轴承；关节套上由内至外依次套装有并联扭簧和串联扭簧，并联扭簧的一端与环形槽底壁接触，并联扭簧的另一端与延伸件的外沿接触；串联扭簧的一端与环形槽底壁接触，串联扭簧的另一端与挡盖的内侧壁接触；大带轮安装在挡盖的外侧壁以及环形槽的外侧壁上，大带轮和小带轮之间通过同步带传动连接。

本发明的有益效果是：

本发明具有传动比连续调整的功能和串并联弹性驱动的功能，本发明中的驱动器完全适用于机器人的转动关节，能实现连续改变传动比，具有弹性驱动器的特性，并能在一定工况中进行储能。

一、传动比连续调整的功能

调整传动比的目的是为了驱动器可以适应不同的工作状态，比如装在机器人膝关节处分别进行平地行走与上楼梯，上楼梯时关节所需要的驱动力矩要远远大于平地行走，这时，可以通过把传动比增大来保证驱动器可以输出足够的力量。

本发明中的驱动器是由三级传动构成，从高速到低速依次为：齿轮减速器(驱动电机上具有的齿轮减速器)、摩擦轮传动、同步带传动。调速机构的作用原理是改变中间一级中摩擦轮(主动轮和从动轮)的相对位置，使传动半径改变来实现传动比的变化，由于传动半径可以连续的变化，就可以实现传动比的连续改变。