[发明专利]一种一体化变刚度的机器人关节

说明书

本发明公开了一种一体化变刚度的机器人关节，涉及机器人技术领域，包括输入部分，刚度调节部分和输出部分；所述输入部分包括输入电机、关节外壳输入端、输入轴、输入盖、谐波减速器、码盘、读数头、第一读数头连接器和第二读数头连接器；所述刚度调节部分包括刚度调节电机、同步带轮、丝杠、杠杆组、随动滑块、连接块、直线导轨、凸轮轴承随动器和板簧；所述输出部分包括输出底板、输出盖、关节外壳输出端。该发明变刚度范围大、响应快、控制精度高，且应用性较强，可应用于航天太空垃圾及废弃卫星回收。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种一体化变刚度的机器人关节。

背景技术

在航天领域中，空间非合作目标的捕获是在轨服务空间机械臂主要任务之一。在进行非合作目标捕获时，由于被捕获目标的运动速度、惯量未知，如果采用完全刚性的机械臂对目标进行操作，会对机械臂或飞行器造成损坏。因此，设计一种柔性机械臂关节具有重要意义，该关节具有刚度实时改变，被动自适应的特点，能够提高空间机械臂在目标操作时的外力接触稳定性。同样，在工业、医疗、服务等领域，机器人与外界的碰撞不可避免，设计变刚度关节可以对机器人起到保护作用。

目前，国内外研制了多种基于不同原理的变刚度关节，主要采用的原理包括杠杆原理，对抗弹簧原理，磁力原理以及特殊材料原理等。研究普遍存在原理突破难，结构复杂，传动间隙，响应慢，刚度变化范围有限的特点。经检索，公开号为CN104440936A的发明专利公开了一种可变刚度的机器人关节，其特征在于包括两片副摩擦片以及一片主摩擦片，利用摩擦片的摩擦特性进行刚度的调节，但是该关节只能实现刚度的被动跳变，而非主动的连续性变化。公开号为CN105328711A的发明专利公开了一种模块化变刚度关节，利用滚子和扭簧的配合实现变刚度，但关节刚度与滚子径向位置的关系为一条复杂曲线，在控制精度的实现上有较大难度。

本发明要解决的技术问题是如何研制一种集成度高、体积小、拥有较大连续变刚度范围而且控制精度高的变刚度关节。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种一体化变刚度的机器人关节，具有变刚度范围大、响应快、控制精度高，且应用性较强，可应用于航天太空垃圾及废弃卫星回收。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何研制一种集成度高、体积小、拥有较大连续变刚度范围而且控制精度高的变刚度关节。

为实现上述目的，本发明提供了一种一体化变刚度的机器人关节，包括输入部分，刚度调节部分和输出部分；所述输入部分包括输入电机、关节外壳输入端、输入轴、输入盖、谐波减速器、码盘、读数头、第一读数头连接器和第二读数头连接器，所述输入轴和所述谐波减速器可拆卸地连接，所述输入轴和所述输入盖连接，所述读数头通过所述第一读数头连接器与所述输入轴连接，所述第二读数头连接器与所述关节外壳输入端相连，所述码盘与所述输入电机相连；所述刚度调节部分包括刚度调节电机、同步带轮、丝杠、杠杆组、随动滑块、连接块、直线导轨、凸轮轴承随动器和板簧；所述刚度调节电机和所述丝杠通过所述同步带轮连接，所述丝杠和所述丝杆滑块的一端相连，所述丝杆滑块的另一端和所述连接块相连，所述连接块还和所述杠杆组相连，所述杠杆组上设置所述随动滑块，所述随动滑块上设置有所述凸轮轴承随动器，所述凸轮轴承随动器和所述板簧接触；所述输出部分包括输出底板、输出盖、关节外壳输出端，所述刚度调节电机安装在所述输出盖上，所述输出底板和所述输入盖相连，所述输出盖和所述输出底板相连，所述关节外壳输出端和所述关节外壳输入端相连。

进一步地，所述第一读数头连接器和所述输入轴同步转动，所述第二读数头连接器和所述机器人关节的外壳同步转动。

进一步地，所述输入盖和所述输出底板分别和所述关节外壳输出端相连。

进一步地，所述输入端和所述输出端分别通过轴承和所述关节外壳输出端相连。

进一步地，所述轴承是交叉滚子轴承。