[发明专利]一种串联式液压伺服被动柔顺关节

说明书

一种串联式液压伺服被动柔顺关节，包括缸体、串联的液压伺服驱动关节和被动柔顺关节：液压伺服驱动关节包括阀芯a、阀体a、阀套a、叶片a；被动柔顺关节包括阀芯b、阀体b、阀套b、叶片b；阀体a右端与阀芯b左端为连接为一体；力矩传递机构包括托盘、支撑轮、力矩传递盘、支撑套、定位套，托盘边缘相连两端部分设有托盘边缘斜坡供支撑轮滑动；关节在被动柔顺状态下阀芯b的回转角度式中T为碰撞力折算到支撑轮上的外力；R为力矩传递盘的半径；k为弹簧的刚度；γ为托盘边缘斜坡的斜坡角度。本发明将控制与驱动合于一体，响应速度快，控制精度高，输出力矩大，可靠性高，且具有被动柔顺性，能够有效减小人机物理接触时的碰撞伤害。

技术领域

本发明专利涉及一种串联式液压伺服被动柔顺关节，属于伺服阀的技术领域。

背景技术

随着液压技术的发展，液压机械臂类机器人在工业生产中得到广泛应用，得益于液压传动具有负载大、结构紧凑、传动平稳等突出优点，液压机械臂相比于电机驱动机械臂能够胜任一些需要较大力矩输出的场合，但目前该类机器人的人机物理接触安全性较差，不具有在意外碰撞瞬间对碰撞进行处理的能力，人机物理接触安全性将是该类机器人被广泛应用的必要条件。人机物理接触安全性的研究旨在通过不同的方案策略来保证机器人和人类的安全，因此设计和研究具有柔顺性的液压机械臂类机器人已逐渐成为当下研究的热点。

目前能够实现柔顺性的关节较为丰富，大致可分为使用弹性元件的被动柔顺关节、气动主动柔顺关节、磁场力柔顺关节和智能材料柔顺关节等，这些柔顺关节大都以满足控制和安全需求而研究和设计出来，却少有针对液压柔顺关节的研究。为了得到性能更为优良的液压柔顺关节，必须从理论基础的构建开始，进而完善柔顺关节理论框架，对液压关节的柔顺性有所定义和约束。

串联式液压缸是一种全新结构的变容式机构，通过将原本独立的两个液压关节串联整合成为体积较小输出力矩较大的液压柔顺关节，可以使液压机械臂类机器人的驱动与控制系统体积减小和重量减轻，使机械臂具有柔顺性，从而实现人机物理接触安全性。

发明内容

本发明的目的就是设计一种串联式液压伺服被动柔顺关节，采取将液压伺服驱动关节与被动柔顺关节串联成为整体的方法，配合力矩传递机构，以提高关节的功率质量比、提高关节的响应速度和使关节具有被动柔顺性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种串联式液压伺服被动柔顺关节，包括缸体，所述缸体两端封装有左端盖、右端盖，所述右端盖外部连接有力矩传递机构，其特征在于：还包括位于缸体内部且串联在一起的位于左侧的液压伺服驱动关节和位于右侧的被动柔顺关节：

所述液压伺服驱动关节包括阀芯a、阀体a、阀套a、叶片a，所述阀芯a安装在所述缸体中，其左端通过轴承安装在所述左端盖中，所述阀套a套装在所述阀芯a外部，所述阀体a左端开有圆柱形空腔，所述阀套a套装在所述阀体a的圆柱形空腔中，所述叶片a安装在所述阀体a外部；

所述被动柔顺关节包括阀芯b、阀体b、阀套b、叶片b，所述阀芯b安装在所述缸体中，其右端通从所述右端盖中穿出与所述力矩传递机构相连，所述阀套b套装在所述阀芯b外部，所述阀体b左端开有圆柱形空腔，所述阀套b套装在所述阀体b的圆柱形空腔中，所述叶片b安装在所述阀体b外部；

其中，所述阀体a右端与所述阀芯b左端为连接为一体形成阀控体；