[实用新型]一种基于摆动缸驱动的变刚度串联弹性机器人关节模块

说明书

一种基于摆动缸驱动的变刚度串联弹性机器人关节模块，包括关节液压驱动模块和变刚度调节模块；关节液压驱动模块包括机器人基座、摆动式液压缸和柔性联轴器，摆动式液压缸和柔性联轴器装在机器人基座内，摆动式液压缸的活塞轴与柔性联轴器连接；变刚度调节模块包括摆动臂、关节输入转动轴和串联弹性板，关节输入转动轴一端伸入柔性联轴器内安装，关节输入转动轴另一端与串联弹性板安装连接，串联弹性板装在摆动臂内，摆动臂通过第一组轴承与机器人基座安装连接，关节输入转动轴通过第二组轴承装在机器人基座内。本实用新型结构紧凑，驱动力大，且具有变刚度串联弹性的特点。

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体地说是一种基于摆动缸驱动的变刚度串联弹性机器人关节模块。

背景技术

从上世纪60年代，机器人技术在工业领域开始得到应用，极大提高了生产效率。随着机器人应用领域不断扩大，逐渐进入贴近民生的服务、医疗、娱乐等行业。因此，传统的依靠预先设计好的流程进行工作的机器人在很多场合已经不能完全胜任工作。近年来，机器人和人协同合作的研究逐渐成为热点，通常机械臂的工作环境往往需要良好的处理机械臂、人体、环境三者之间的关系。在这些特殊要求下，机械臂一般要求质量轻、结构紧凑；同时要具有较好的柔顺性、较高的关节驱动能力(即负载/自重比要求较高)，以及较好的环境交互能力。

在这些实际的应用需求的发展演变中，机器人的关节驱动能力，以及关节的柔性显得尤为重要。传统的刚性机器人关节可以通过一定的控制算法，例如力控制、阻抗控制等，从而在关节层面及运动学末端展现一定的柔性。但由于传感检测、信息处理、控制回路运算等都存在一定的时间延迟、系统惯量、系统带宽等因素，使得软件层面的柔性效果有限。

关节串联弹性驱动技术是在仿生学基础上的关节柔性驱动，分为定刚度串联弹性和变刚度串联弹性。其中，变刚度串联弹性更接近于人体或动物的关节肌肉模型，但其变刚度控制往往机构复杂，目前国内外研究的较少。而固定刚度的串联弹性驱动有较多的研究成果，在步行机器人、康复机器人、机械外骨骼以及医疗辅助器械等领域得到了广泛应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于摆动缸驱动的变刚度串联弹性机器人关节模块，结构紧凑，驱动力大，且具有变刚度串联弹性的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：

一种基于摆动缸驱动的变刚度串联弹性机器人关节模块，包括关节液压驱动模块和变刚度调节模块；

所述关节液压驱动模块包括机器人基座、摆动式液压缸和柔性联轴器，摆动式液压缸和柔性联轴器装在机器人基座内，摆动式液压缸的活塞轴与柔性联轴器连接；

所述变刚度调节模块包括摆动臂、关节输入转动轴和串联弹性板，关节输入转动轴一端伸入柔性联轴器内安装，关节输入转动轴另一端与串联弹性板安装连接，串联弹性板装在摆动臂内，摆动臂通过第一组轴承与机器人基座安装连接，关节输入转动轴通过第二组轴承装在机器人基座内。

所述摆动臂内还设有电动缸、滑块安装基板和压紧轴承组，压紧轴承组包括装在滑块安装基板上的两对轴承，电动缸包括电机、电动缸体和电动缸伸出轴，串联弹性板从压紧轴承组中穿过，滑块安装基板通过销轴和螺钉与电动缸伸出轴连接，电动缸带动滑块安装基板沿着串联弹性板前后移动。

所述摆动臂的内壁装设有导轨，滑块安装基板活动卡装在该导轨上。

所述摆动臂上设有开口，该开口处通过螺钉装安装有摆动臂盖板，摆动臂末端设有开孔。

所述串联弹性板通过螺钉固定锁紧在关节输入轴顶部。

所述机器人基座顶部通过螺钉锁紧有转动轴端盖，该转动轴压紧着第二轴承组。

所述摆动式液压缸通过固定螺钉固定安装在机器人基座内。

本实用新型具有以下有益效果：