[发明专利]一种适用于机器人关节的平面扭簧

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种适用于机器人关节的平面扭簧。

背景技术

机器人关节是机器人系统的重要组成部分，直接影响机器人系统的综合性能。近些年来，随着服务机器人的迅速发展，机器人与人类的关系越来越紧密，机器人系统与人和环境之间是否具有良好的交互性成了人们关注的一个热点。

传统的机器人设计中，关节设计主要采用刚性的设计方法，采用电机、减速器等作为机器人关节的驱动单元。这种关节设计缺乏柔性单元，使得机器人关节容易受到外部冲击而损坏，直接影响了机器人的正常运行。近些年来，人们开始关注柔性关节的设计方法，提出了具有力/力矩传感器的柔性关节设计和串联弹性驱动关节设计等方法，使得机器人可以避免外部冲击对执行关节的影响，并为机器人与人和环境的交互创造良好的条件。然而，基于力/力矩传感器的柔性关节是因为本身并不具备柔性的特点，抗外部冲击的性能并非最佳，基于串联弹性驱动的关节具有良好的抗冲击和力感知性能，但大部分关节采用了传统的螺旋弹簧，很难设计出空间小、重量轻和结构紧凑的关节。哈尔滨工程大学王立权等人开发了专利号CN102152319A弹性驱动转动关节、CN101318331双串联弹性驱动器等驱动关节，也均采用了传统的螺旋弹簧。目前国内还尚未开发出适用于机器人关节的平面扭簧。

发明内容

本发明提供了一种适用于机器人关节的平面扭簧，嵌入至机器人关节中，解决了机器人与人和环境安全交互问题。同时，解决了传统弹簧占用空间大，结构松散等问题。本发明改变了传统的扭簧模式，适用于升级现有机器人和机械臂关节，有助于促进机器人的更新换代。

本发明的额目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于机器人关节的平面扭簧，它主要由扭簧外圈、扭簧内圈和若干弹性体组成；弹性体沿圆周均匀分布，两端分别连接扭簧外圈和扭簧内圈；每个弹性体由对称的两个弹性体单元组成，每个弹性体单元包括外圆孔槽、内圆孔槽和连接梁；扭簧内圈和内圆孔槽之间、内圆孔槽和外圆孔槽之间以及外圆孔槽和扭簧外圈之间均由连接梁连接；扭簧外圈上均匀分布若干外圈螺孔；扭簧内圈上均匀分布若干内圈光孔。

本发明的有益效果是，本发明平面扭簧的扭簧内圈在转动时通过连接梁带动内圆孔槽发生弹性变形，内圆孔槽继而通过连接梁带动外圆孔槽发生弹性变形。通过内圆孔槽和外圆孔槽的串联弹性变形，实现了扭簧的大角度变形。通过增加内圆孔材和外圆孔槽的壁厚，增加连接梁的宽度可提高扭簧的弹性；通过增加圆周分布弹性体的数量也可提高扭簧的弹性。本发明的平面扭簧使得关节具备了柔顺性，结构更加紧凑，设计更加灵活，改变了传统扭簧的设计模式，适合应用于机器人和机械臂关节。

附图说明

图1是平面扭簧的立体图；

图2是平面扭簧的平面图；

图中，平面扭簧1、扭簧外圈2、扭簧内圈3、内圈光孔4、外圈螺孔5、外圆孔槽6、内圆孔槽7、连接梁8。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

如图1和2所示，本发明平面扭簧1由扭簧外圈2、扭簧内圈3和若干弹性体组成，弹性体沿圆周均匀分布，两端分别连接扭簧外圈2和扭簧内圈3。每个弹性体由对称的两个弹性体单元组成，每个弹性体单元包括外圆孔槽6、内圆孔槽7和连接梁8，扭簧内圈3和内圆孔槽7之间、内圆孔槽7和外圆孔槽6之间以及外圆孔槽6和扭簧外圈2之间均由连接梁8连接。扭簧外圈2上均匀分布若干外圈螺孔5，实现与关节负载的连接。扭簧内圈3上均匀分布若干内圈光孔4，实现与关节输入的连接。

图中，弹性体数目为3个，但在实际生产过程中，可以根据弹性力的大小调整弹性体的数目。

本发明的工作过程如下：平面扭簧1的扭簧内圈3在转动时通过连接梁8带动内圆孔槽7发生弹性变形，内圆孔槽7继而通过连接梁8带动外圆孔槽6发生弹性变形，通过内圆孔槽7和外圆孔槽6的联级弹性变形，实现了扭簧的大角度变形。从而将与扭簧内圈3连接的关节输入转动柔性传递到与扭簧外圈2连接的关节负载上。

通过增加内圆孔槽7和外圆孔槽6的壁厚，增加连接梁8的宽度可提高扭簧的弹性；通过增加圆周分布弹性体的数量也可提高扭簧的弹性。本发明的平面扭簧使得关节具备了柔顺性，结构更加紧凑，设计更加灵活，改变了传统扭簧的设计模式，适合应用于机器人和机械臂关节。