[发明专利]一种自适应被动变刚度关节

说明书

本发明属于变刚度关节技术领域，特别涉及一种自适应被动变刚度关节。包括手臂和关节，其中手臂内设有连杆机构，关节包括关节外壳及设置于关节外壳内的杠杆机构、滑块移动机构、角度测量机构及连接盖，连接盖可转动地安装在关节外壳内，杠杆机构可转动地与连接盖连接，杠杆机构通过滑块移动机构与连杆机构连接，连杆机构将重力信息转化为滑块移动机构的位置信息，滑块移动机构的移动改变杠杆机构两端力的分配信息，以使关节整体刚度发生变化，角度测量机构用于测量关节的偏转角度。本发明的整体尺寸可以大大的减小，关节刚度响应速度也大大提高。

技术领域

本发明属于变刚度关节技术领域，特别涉及一种自适应被动变刚度关节。

背景技术

变刚度关节在机器人研究领域已经逐渐变成一个热门的研究领域，由于它可以根据不同的需要来改变自身的刚度，可以提高在场人员的生命安全，尤其是在与人接触密切的场合，比如服务业、医疗业等，由于其广阔的前景，越来越多的人开始着手变刚度关节的研究。德国宇航局(DLR)基于凸轮盘的结构设计出变刚度关节FSJ、BAVS，意大利研究院基于杠杆原理设计出变刚度关节AWAS-Ⅰ、AWAS-Ⅱ以及Compact-VSA等等。目前研制成功的变刚度关节大都采用两个电机驱动，一个进行位置调节一个进行刚度调节或者两个电机配合使用共同调节关节本身的位置和关节刚度，这样会造成关节尺寸大、响应慢等问题给变刚度关节的实际应用带来很大的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种自适应被动变刚度关节，以解决现有变刚度关节存在的关节尺寸大、控制复杂等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种自适应被动变刚度关节，包括手臂和关节，其中手臂内设有连杆机构，所述关节包括关节外壳及设置于所述关节外壳内的杠杆机构、滑块移动机构、角度测量机构及连接盖，所述连接盖可转动地安装在所述关节外壳内，所述杠杆机构可转动地与所述连接盖连接，所述杠杆机构通过滑块移动机构与所述连杆机构连接，所述连杆机构将重力信息转化为所述滑块移动机构的位置信息，所述滑块移动机构的移动改变所述杠杆机构两端力的分配信息，以使所述关节整体刚度发生变化，所述角度测量机构用于测量所述关节的偏转角度。

所述连杆机构包括主动杆、连杆、从动杆及曲柄杆，其中主动杆与所述手臂铰接、且一端由所述手臂内伸出，所述从动杆的一端与所述手臂铰接，另一端与曲柄杆的一端铰接，所述曲柄杆的另一端与所述滑块移动机构连接，所述连杆的两端分别与所述主动杆的另一端和所述从动杆铰接。

所述滑块移动机构包括导轨、滑块及滑块复位机构，其中导轨固定在所述关节外壳上，滑块可滑动地安装在导轨上、且与所述连杆机构和所述杠杆机构连接，所述滑块复位机构安装在所述关节外壳上、且与滑块连接。

所述滑块复位机构包括两个弹簧用立柱和两个拉伸弹簧，两个弹簧用立柱固定在所述关节外壳上，两个拉伸弹簧的一端均与滑块连接，另一端分别与两个弹簧用立柱连接。

所述杠杆机构包括齿轮用立柱、齿轮、齿形带、杠杆及扭转弹簧，其中齿轮用立柱固定在所述关节外壳上，所述杠杆的一端可转动地安装在所述连接盖上、且与所述滑块活动连接，另一端设有齿形带，齿轮可转动地安装在齿轮用立柱上、且与齿形带啮合，扭转弹簧的一端与齿轮连接，另一端与关节外壳上的凸起接触。

所述杠杆的一端设有条形滑槽，所述滑块上设有容置于所述条形滑槽内的导轴。

所述杠杆的另一端为环形结构，所述环形结构内侧设有所述齿形带。

所述角度测量机构包括连接块及编码器，编码器固定到连接盖上，连接块一端固定到关节外壳上，另一端与编码器的输出轴相连。

所述手臂通过螺钉固定在关节上，所述关节通过螺钉与关节支架固定连接。

所述关节外壳包括可拆卸连接的上盖和下盖，所述滑块移动机构设置于上盖上，所述连接盖通过轴承与下盖连接。