[发明专利]一种可变刚度的柔性机器人关节

说明书

一种可变刚度的柔性机器人关节，它涉及一种机器人关节，以解决现有足式机器人足部与地面刚性接触时产生的冲击力，造成很大的能量损耗，机器人运动性能降低的问题，它包括位置调节机构、刚度调节机构和传动机构；所述位置调节机构包括电力驱动机构、连接架和两套直线移动器；所述传动机构包括传动轴、足部连接座、两个活动杆、两个限位块和两个关节轴承座；所述刚度调节机构包括两个弹性元件和两个连接杆；所述连接架固定连接在所述足部连接座上，所述足部连接座固定安装在所述传动轴上，所述足部连接座的两侧分别设置有垂直于传动轴的一个所述活动杆，两套所述直线移动器滑动安装在连接架上。本发明用于双足机器人。

技术领域

本发明涉及一种机器人关节，属于机器人领域。

背景技术

机器人关节是机器人的重要组成部分，对足式机器人运动起着非常重要的作用。刚性关节的足式机器人在行走过程中在足部与地面接触的瞬间会产生巨大的冲力，这种瞬间的冲击力会对组成机器人的元器件造成一定的损害，并会影响机器人运动的稳定性，而且这种刚性接触会使机器人在运动过程中造成很大的能量损耗，进一步降低了足式机器人的运动效率。因此，避免机器人在运动过程中与地面之间进行刚性接触降低接触产生的冲力对足式机器人的研究具有重要意义。学者们通过研究人类下肢运动发现，人类下肢具有足够的柔性，不但可以让人实现流畅、省力的双足步行，而且可以保护下肢的关节。人类下肢灵活、节能、吸收冲击的特点对于足式机器人来说，具有十分重要的借鉴意义。基于此，本发明提出的一种可变刚度柔性机器人关节具有可主动调节关节刚度的能力，有利于减小足式机器人足部与地面接触时产生的冲击力，并进一步提高机器人的能量效率。

发明内容

本发明是为解决现有足式机器人足部与地面刚性接触时产生的冲击力，造成很大的能量损耗，机器人运动性能降低的问题，进而提供一种可变刚度的柔性机器人关节。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种可变刚度的柔性机器人关节包括位置调节机构、刚度调节机构和传动机构；所述位置调节机构包括电力驱动机构、连接架和两套直线移动器；所述传动机构包括传动轴、足部连接座、两个活动杆、两个限位块和两个关节轴承座；所述刚度调节机构包括两个弹性元件和两个连接杆；

所述连接架固定连接在所述足部连接座上，所述足部连接座固定安装在所述传动轴上，所述足部连接座的两侧分别设置有垂直于传动轴的一个所述活动杆，两个所述活动杆的一端转动安装在所述传动轴上，位于两个所述活动杆外侧的所述传动轴的两端各安装有一个所述关节轴承座，且所述传动轴能相对关节轴承座旋转，所述关节轴承座的两侧分别固定安装有限制所述活动杆旋转的一个限位块，两个所述活动杆以所述传动轴的轴心成中心对称；两个所述活动杆的上方各布置有与所述活动杆平行的一个所述连接杆，所述活动杆的另一端与所述连接杆的一端之间布置有与二者固定连接的弹性元件；

两套所述直线移动器滑动安装在连接架上，所述传动轴的轴向与所述直线移动器的移动方向垂直，两个所述活动杆和两个所述直线移动器一一对应布置，所述电动驱动机构的输出端带动所述两套直线移动器在各自对应的所述活动杆上相向摩擦移动。

进一步地，所述电力驱动机构包括驱动电机和齿轮，每套直线移动器包括齿条、滑动件和触点杆，所述连接架上并列设置有两个滑轨；所述传动轴与两个所述滑轨垂直设置，所述滑动件滑动安装在所述滑轨上，所述齿条与所述滑动件连接，所述滑动件的端部连接有接触所述活动杆的触点杆，所述驱动电机的轴向竖向设置，所述驱动电机的输出端连接有所述齿轮，所述齿轮与两个所述齿条均啮合。

进一步地，所述连接架还包括两套定位装置，所述滑轨为圆柱形导向杆，所述滑动件为直线轴承，所述直线轴承安装在所述圆柱形导向杆上，两套所述定位装置与两套直线移动器一一对应设置，每套所述定位装置包括上板、下板和连接板；所述上板和所述下板间距设置并分别与所述连接架连接，所述齿条布置在所述上板和所述下板之间并支撑在所述下板上，所述齿条通过连接板与所述直线轴承连接。