[发明专利]一种可实现全范围刚度调整的对称式变支点刚度调节模块

说明书

一种可实现全范围刚度调整的对称式变支点刚度调节模块，它涉及机器人技术领域。本发明为解决现有VSJ刚度调节范围有限、刚度调节机构无法实现模块化的问题。本发明包括支点调节机构、弹性传递机构和一对第一轴承，支点调节机构与弹性传递机构之间通过一对第一轴承转动连接。本发明用于柔性机器人。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种可实现全范围刚度调整的对称式变支点刚度调节模块。

背景技术

传统机器人大多应用于工业生产，在结构化环境中按照既定的轨迹进行动作，以完成特定的任务。为了使机器人具有较高的重复定位精度、较好的轨迹跟踪效果和较快的响应速度，同时保证一定的安全性，机器人系统通常采用“刚性机械结构、主动柔顺控制”的设计方案。但当机器人在非结构化环境中与刚性物体发生碰撞时，基于“主动柔顺控制”的机器人在碰撞瞬间仍然表现出刚性状态。随着机器人应用范围的不断拓宽，特别是在公共服务、医疗康复、陪护养老等行业的广泛应用，能够实现人机交互，且对环境友好的柔性关节机器人成为近些年来研究的热点之一。

柔性关节内部集成有弹性元件，呈现出固有柔顺性：在与外界环境发生碰撞时，弹性元件能够产生柔性变形，降低关节输出连杆和电机之间传动链路上的峰值扭矩，从而起到保护机器人和周围环境的目的。作为柔性关节的典型代表，可变杆刚度柔性关节(Variable Stiffness Joint,VSJ)旨在模拟并实现类似于生物关节的动力学、运动学特性以及固有柔顺性等。VSJ不但可以通过释放弹性元件中存储的弹性势能来提高输出连杆动能，降低能量消耗，与串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)相比，VSJ还可通过主动调节自身刚度以适应不同任务需求，改善输出连杆的动态性能。

目前，VSJ样机的研制和原理验证的相关工作较多，但现有VSJ的刚度可调范围有限，无法兼顾柔顺性和动态性能，从而降低了关节的适应性。此外，现有VSJ一般采用驱动机构和刚度调节机构一体式设计方案，刚度调节机构嵌入到整个VSJ中，无法实现刚度调节机构的模块化设计。

发明内容

本发明为了解决现有VSJ刚度调节范围有限、刚度调节机构无法实现模块化的问题，进而提出一种可实现全范围刚度调整的对称式变支点刚度调节模块。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种可实现全范围刚度调整的对称式变支点刚度调节模块包括支点调节机构、弹性传递机构和一对第一轴承，支点调节机构与弹性传递机构之间通过一对第一轴承转动连接。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

1、本发明采用改变支点位置的杠杆原理方案解决了通过改变弹簧力作用位置，或改变外部力作用位置的杠杆原理方案所存在的刚度调节范围有限的问题；本发明所述杠杆采用双层滑槽设计消除了零件之间的几何约束，实现了刚度调节模块从零到无穷大的刚度调整。

2、本发明采用中心对称式结构设计，一方面可以在有限的空间内增加刚度调节模块(关节)的最大承载能力(40Nm)，另一方面还可以消除由非对称结构引起的附加弯矩，提高内部结构的可靠性和稳定性。

3、本发明实现了基于杠杆原理的刚度调节机构的模块化设计，普通刚性关节可通过挂载所设计的刚度调节模块转化为VSJ。

4、本发明仅使用线性弹簧、滑块、直线导轨、杠杆、支点等较少零部件就实现了刚度调节模块的结构设计，具有所需零部件少，结构简单紧凑的特点，使得构造VSJ或VSJ机械臂成为可能。

5、本发明所述的变支点刚度调节模块可应用在普通刚性关节上，无需改变关节原有结构，即可将刚性关节转化为可变刚度关节。

附图说明

图1是本发明整体内部结构的剖视图；

图2是与图1剖视图相垂直截面的剖视图；