[发明专利]紧凑型机器人变刚度关节

说明书

本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种紧凑型机器人变刚度关节，包括驱动机构、调刚机构和变刚度单元，变刚度单元包括输入轴、连接架和输出盘，输入轴与连接架连接，连接架中间设有丝杠、两侧设有输入支撑杆，丝杠上设有两个螺向相反的丝母，输入支撑杆上设有两个滑轮架，且所述滑轮架与对应丝母固连，输出盘两侧设有输出支撑杆，且输出支撑杆上设有两个滑块，每个滑轮架两端设有滑轮，且位于同一侧的滑轮和滑块通过钢丝绳相连，输出支撑杆的两个滑块之间套设有弹簧，输入轴通过驱动机构驱动转动，变刚度单元一端设有调刚固定板，调刚机构设于所述调刚固定板上，且丝杠通过所述调刚机构驱动转动。本发明能够主动实现关节刚度调节。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种紧凑型机器人变刚度关节。

背景技术

传统的刚性关节具有优良的轨迹跟踪和末端定位能力，但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。伴随着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，传统的刚性关节已经难以适应人机交互安全性的要求。在此情况下，作为实现关节柔顺性的一种主要形式，变刚度关节受到了人们的极大关注。机器人变刚度关节是在机械臂的关节刚性输入端和输出端的中间加入变刚度弹性元件，来实现关节的刚度调节。这种控制方式具有弹性元件，能够吸收能量、缓和冲击，但当前主流的变刚度关节多为被动柔性关节，且目前的变刚度关节多存在原理突破难、结构复杂庞大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑型机器人变刚度关节，能够主动实现关节刚度调节，具有良好的人机交互性，并且结构紧凑。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种紧凑型机器人变刚度关节，包括驱动机构、调刚机构和变刚度单元，变刚度单元包括输入轴、连接架和输出盘，其中输入轴与连接架连接，输出盘转动套装于输入轴上，连接架中间设有丝杠、两侧设有输入支撑杆，所述丝杠上设有两个螺向相反的丝母，输入支撑杆上设有两个可移动的滑轮架，且所述滑轮架与对应的丝母固连，输出盘两侧设有输出支撑杆，且输出支撑杆上设有两个滑块，每个滑轮架两端均设有滑轮，且位于同一侧的滑轮和滑块通过钢丝绳相连，输出支撑杆的两个滑块之间套设有弹簧，所述输入轴通过所述驱动机构驱动转动，所述变刚度单元远离驱动机构一侧设有一个调刚固定板，所述调刚机构设于所述调刚固定板上，且所述丝杠通过所述调刚机构驱动转动。

所述滑轮架通过滑动轴承安装于对应的输入支撑杆上。

连接架两侧对应的滑轮架通过一个调节连板与对应丝母固连，且所述调节连板上设有供所述丝杠穿过的通孔。

所述连接架远离输入轴一端设有输入副轴，所述丝杠轴端穿过所述输入副轴并与所述输入副轴转动连接。

所述滑块通过直线轴承安装于对应的输出支撑杆上，且所述滑块上设有穿绳孔。

所述驱动机构包括相连的驱动电机和谐波减速器，且谐波减速器与变刚度单元中的输入轴连接。

所述调刚机构包括调刚电机和调刚传动组件，变刚度单元中的丝杠通过所述调刚电机驱动转动，且所述调刚电机通过所述调刚传动组件传递转矩。

所述调刚传动组件包括调刚主动齿轮和调刚从动齿轮，其中调刚主动齿轮安装于调刚电机的输出轴上，调刚从动齿轮安装在所述丝杠轴端。

所述输出盘上设有编码器，所述输入轴上设有测量主动齿轮，所述编码器上设有测量从动齿轮与所述测量主动齿轮啮合。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明变刚度单元中的丝杠通过调刚机构驱动转动，能够主动实现关节刚度调节，具有良好的人际交互性。

2、本发明的驱动机构、调刚机构和变刚度单元整体结构紧凑，外观简洁。