[发明专利]一种机器人关节变刚度执行器

说明书

本发明属于机器人关节技术领域，特别涉及一种机器人关节变刚度执行器。包括动力输出装置及两组动力输入装置，其中动力输出装置包括动力输出架、丝杠及摩擦圆台，所述丝杠安装在动力输出架上、且与两个摩擦圆台螺纹连接，两个所述摩擦圆台的小直径端相对应，两组所述动力输入装置可转动地安装在所述动力输出架的两侧、且均与两个所述摩擦圆台摩擦连接；通过改变两组所述动力输入装置的相对转向，从而对关节转角和关节刚度进行控制。本发明将两个动力输入装置对称地设置在动力输出装置两侧，通过改变两个动力输入轴的相对转向，从而对关节转角和关节刚度进行控制。并且，通过摩擦的方式，也可实现对电机或关节部件的保护。

技术领域

本发明属于机器人关节技术领域，特别涉及一种机器人关节变刚度执行器。

背景技术

机器人不再局限于结构化环境下代替人类完成传统工业生产，而逐渐从封闭作业空间中解放出来，进入非结构化环境，与人共融并协同作业。人机协作已成为机器人发展的必然趋势。

传统的工业机器人高刚度关节缺乏缓冲和吸能储能功能，极易被强烈的冲击破坏，甚至对人类造成致命伤害。当前通过主动控制实现关节柔顺性能的机器人关节中，由于受到带宽影响，关节刚度调节响应非常受限。同时这类关节的柔顺性能主要依靠电机进行不断调节、修正，耗能较为严重。

变刚度机器人关节的柔顺性能是被动的，所以柔顺响应速度快。而且弹性元件具有吸收能量的特性。同时变刚度机器人关节也可以实现刚度的自主调节，增加在非结构化环境下的工作能力。目前变刚度机器人关节技术仍不成熟，刚度范围和承载能力有限、电机利用率过低，体积庞大，质量重等问题仍需要解决。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种机器人关节变刚度执行器，以解决现有变刚度关节的体积大、质量重以及电机利用率低等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种机器人关节变刚度执行器，包括动力输出装置及两组动力输入装置，其中动力输出装置包括动力输出架、丝杠及摩擦圆台，所述丝杠安装在动力输出架上、且与两个摩擦圆台螺纹连接，两个所述摩擦圆台的小直径端相对应，两组所述动力输入装置可转动地安装在所述动力输出架的两侧、且均与两个所述摩擦圆台摩擦连接；通过改变两组所述动力输入装置的相对转向，从而对关节转角和关节刚度进行控制。

两组所述动力输入装置结构相同，均包括动力输入轴、弹簧挡板、弹簧、凸轮盘、摩擦盘及钢球，其中动力输入轴与所述动力输出架转动配合，所述弹簧挡板套设在动力输入轴上、且随动力输入轴转动，所述凸轮盘和摩擦盘相对扣合、且均套设在动力输入轴上，所述凸轮盘可在动力输入轴上沿轴向滑动，所述摩擦盘和动力输入轴转动配合、且可在动力输入轴上滑动，所述凸轮盘和摩擦盘之间沿周向设有多个钢球，弹簧套设在动力输入轴上、且受限于凸轮盘和弹簧挡板之间，所述摩擦盘与两个所述摩擦圆台摩擦连接。

所述凸轮盘和摩擦盘的扣合面上沿周向多个设有用于容置钢球的凹槽。

所述摩擦盘通过锥面与两个所述摩擦圆台摩擦配合。

所述弹簧挡板的一侧设有用于定位所述弹簧的轴肩。

所述动力输入轴通过轴承安装在所述动力输出架上，两组所述动力输入装置中的动力输入轴的轴线共线。

所述动力输入轴与所述丝杠垂直。

所述凸轮盘上设有D型孔，所述动力输入轴上设有与所述D型孔配合的D型结构。

所述动力输出架包括对称设置的上动力输出架和下动力输出架，所述上动力输出架和下动力输出架可拆卸连接。