[发明专利]一种基于单动力源的可变刚度柔性关节

摘要

本发明涉及一种基于单动力源的可变刚度柔性关节，关节驱动端包括关节支架、减速器支架、互锁离合器结构、谐波减速器和安装有编码器的关节驱动电机；所述关节支架为一U形结构部件，谐波减速器通过减速器支架与关节支架左端连接，关节驱动电机的输出端通过互锁离合器结构与刚度调节机构连接；所述减速器支架为一中空圆柱壳体，减速器支架一端设置有用于连接谐波减速器的安装孔，另一端设置有用于连接关节支架左端的螺纹孔，减速器支架上还设置有轴肩；所述互锁离合器结构位于减速器支架的空腔内。该关节采用单电机实现关节驱动与刚度调节、结构紧凑、集成度高、定位精度高、刚度可大幅连续线性精确调节、具备多种刚度调节模式。

主权项

一种基于单动力源的可变刚度柔性关节，包括关节驱动端、刚度调节机构和关节输出端；所述关节输出端与关节负载相连接，所述刚度调节机构两端分别与关节驱动端和关节输出端刚性连接；其特征在于：所述关节驱动端包括关节支架、减速器支架、互锁离合器结构、谐波减速器和安装有编码器的关节驱动电机；所述关节支架为一U形结构部件，谐波减速器通过减速器支架与关节支架左端连接，关节驱动电机的输出端通过互锁离合器结构与刚度调节机构连接，关节驱动电机固定在关节支架上，且关节驱动电机与谐波减速器同轴安装；所述减速器支架为一中空圆柱壳体，减速器支架一端设置有用于连接谐波减速器的安装孔，另一端设置有用于连接关节支架左端的螺纹孔，减速器支架上还设置有轴肩；所述互锁离合器结构位于减速器支架的空腔内；所述关节输出端包括输出壳体、输出盘和输出端编码器；所述输出壳体与输出盘围成封闭空间，输出壳体左端与减速器支架的轴肩位置安装驱动端轴承，输出壳体右端端面与输出盘同轴固定连接；所述输出盘中心连接输出端编码器，在输出盘和关节支架之间安装输出端轴承；所述互锁离合器结构包括电机安装盘、花键滑块、电磁铁、输出端盖、轴套、滑块和离合器弹簧；所述电机安装盘为一内表面配置花键槽的圆柱壳体，电机安装盘左端与关节驱动电机、关节支架连接在一起，通过螺钉连接将电机安装盘和关节驱动电机同轴固定于关节支架；所述花键滑块为一中空盘类零件，花键滑块外表面设置有与电机安装盘内表面的花键槽相配合的花键，通过花键连接实现花键滑块与电机安装盘间的径向定位和轴向移动；花键滑块的右侧面嵌有电磁铁，花键滑块中心设有凹槽；所述输出端盖为一圆柱形壳体，位于减速器支架的空腔内，输出端盖一端连接谐波减速器的输入端，另一端端面经过磁化处理，与电磁铁配合，且在输出端盖经过磁化处理一端的内外表面均进行增大摩擦系数的表面处理；所述轴套同轴套装在关节驱动电机的输出轴上，轴套外表面开设花键，所述滑块为中空圆柱体结构，包括大圆柱部分和小圆柱部分，小圆柱部分设置一与花键滑块中心凹槽相配合的轴肩，大圆柱部分的左右两个端面均进行增大摩擦系数的表面处理，滑块大圆柱部分的左端端面与经过增大摩擦系数的表面处理后的输出端盖内表面通过摩擦驱动连接，滑块中心开设与轴套外表面花键相配合的花键槽，通过花键连接实现滑块与轴套间的同步转动与轴向移动，在滑块和轴套之间安装有离合器弹簧，离合器弹簧两端分别与轴套右端端面和滑块内端面完全接触，将滑块压紧于输出端盖左端内表面；所述刚度调节机构包括固定壳体、调节壳体、调节盘、调节盘挡圈、导向柱、牛眼轮、刚度调节弹簧、梯形丝杠、丝杠轴承、丝杠螺母和丝杠端部；所述梯形丝杠包括光轴部分和螺纹部分，光轴部分一端通过丝杠轴承同轴安装于谐波减速器内，另一端穿过谐波减速器的中心，并穿入固定壳体和调节壳体的中心孔，通过另一个丝杠轴承同轴安装于固定壳体内；所述丝杠端部为一圆盘类零件，同轴固定安装于梯形丝杠光轴端部，丝杠端部的左端面进行增大摩擦系数的表面处理，通过摩擦实现滑块与丝杠端部的驱动连接；所述固定壳体为一圆柱形壳体，固定壳体内表面设置有花键槽，固定壳体左端与谐波减速器的输出端同轴连接，实现固定壳体随谐波减速器输出端的同步转动；所述调节壳体为一圆柱形壳体，调节壳体外表面设置有与固定壳体内表面的花键槽相配合的花键，通过花键连接实现调节壳体与固定壳体间的同步转动和轴向移动，调节壳体内表面设置有花键槽，调节壳体一端设置有丝杠螺母连接螺纹孔，丝杠螺母的安装法兰与丝杠螺母连接螺纹孔通过螺钉连接固定于调节壳体内表面，丝杠螺母与梯形丝杠的螺纹部分相配合，构成一螺纹传动机构；调节壳体以丝杠螺母连接螺纹孔为中心沿周向均匀布置有三个导向柱连接螺纹孔，导向柱插入导向柱连接螺纹孔中与调节壳体固定，导向柱的轴线与调节壳体轴线平行，导向柱的右端设有牛眼凹槽；所述调节盘为一圆盘类零件，调节盘外表面设置有与调节壳体内表面花键槽相配合的花键，调节盘嵌在调节壳体内，调节壳体右端面固定安装调节盘挡圈，通过花键连接实现调节盘与调节壳体间的同步转动和轴向移动，调节盘沿周向均匀设置有三个牛眼轮连接螺纹孔；所述牛眼轮的下部由光轴和安装螺柱构成，光轴插入导向柱的牛眼凹槽中，安装螺柱与调节盘的牛眼轮连接螺纹孔相配合，导向柱和牛眼轮构成一移动副；在每个导向柱上均嵌套安装有刚度调节弹簧，刚度调节弹簧两端分别与调节壳体端面和调节盘端面完全接触；所述牛眼轮的上部滚子与输出盘构成空间凸轮机构。