[发明专利]一种用于柔性机器人关节上能测力矩的被动减振弹性元件

说明书

一种用于柔性机器人关节上能测力矩的被动减振弹性元件，它涉及一种被动减振弹性元件。本发明为了解决现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，存在体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在不能准确估计承受的力矩的问题。本发明的金属材料本体包括外圈钢体、两个应变梁、凹凸曲线形簧片和内圈钢体，外圈钢体同轴套装在内圈钢体上，外圈钢体和内圈钢体之间通过凹凸曲线形簧片和两个应变梁连接，多个橡胶片安装在凹凸曲线形簧片上，电阻式应变片安装在应变梁上。本发明用于柔性机器人关节的关节驱动，兼具力矩感知和被动减振作用。

技术领域

本发明涉及一种旋转型减振弹性元件，具体涉及一种用于柔性机器人关节上的能测量力矩的被动减振弹性元件，属于机器人领域。

背景技术

随着机器人应用领域不断拓展，越来越多的机器人走出隔离间，工作在有人类存在的环境中，这对机器人运行的安全性提出了很高要求。为了保证人类的安全，采用串联弹性驱动器的柔性机器人不断问世。通过在机器人关节的电机减速器输出端和负载之间串联扭簧等柔性元件，减小了机器人的输出阻抗，提高了机器人的安全性。但是，机器人关节柔性的提高，使机器人运作时产生振动，从而大大降低了机器人位置控制的精确性。为了抑制机器人振动，可采用主动、半主动和被动三种减振方法。主动振动控制是利用控制算法减小振动，可靠性差。半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂。哈尔滨工业大学机器人研究所曾采用扇形橡胶片设计一款被动减振的柔性元件，但由于橡胶材料在受到周期性载荷时具有滞回特性，其承受的力矩和弹性变形不具有一一对应关系，因此不能准确估计其承受的力矩。

综上所述，现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，存在体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在不能准确估计承受的力矩的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，存在体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在不能准确估计承受的力矩的问题。进而提供一种用于柔性机器人关节上能测力矩的被动减振弹性元件。

本发明的技术方案是：一种用于柔性机器人关节上能测力矩的被动减振弹性元件，它包括金属材料本体、多个电阻式应变片和多个橡胶片，金属材料本体包括外圈钢体、两个应变梁、凹凸曲线形簧片和内圈钢体，外圈钢体同轴套装在内圈钢体上，外圈钢体和内圈钢体之间通过凹凸曲线形簧片和两个应变梁连接，多个橡胶片安装在凹凸曲线形簧片上，电阻式应变片安装在应变梁上。

进一步地，外圈钢体、两个应变梁、凹凸曲线形簧片和内圈钢体制成一体。

进一步地，两个应变梁的一端均与外圈钢体连接，两个应变梁的另一端与凹凸曲线形簧片连接，凹凸曲线形簧片与内圈钢体连接。

进一步地，两个应变梁对称分布并与外圈钢体连接。

进一步地，多个橡胶片通过激光焊接技术粘贴在凹凸曲线形簧片上。

进一步地，多个电阻式应变片的数量为四个，每个应变梁的两侧各安装有一个电阻式应变片。

进一步地，外圈钢体上设有多个外圈连接通孔。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的弹性元件采用的橡胶材料，即作为弹性体使机器人关节产生柔性，又作为阻尼减振材料，减小机器人关节运动时产生的振动。作为被动减振方案，使得本发明结构简单，工作可靠，是理想的振动控制方案。

2、本发明设有应变梁，其上贴有电阻式应变片，能够感知弹性元件承受的扭转载荷，起到力矩传感器的作用。即本发明的弹性元件是集柔性变形和力矩感知于一体的。