[发明专利]一种可变刚度的机器人关节驱动器

权利要求书

1.一种可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于包括：

关节驱动电机（1），

刚度调节部件(5)，

输出端（6），其与机器人关节连杆相固连，

刚性减速部件，用于调节输出端（6）在不同负载作用下的平衡位置。

2.根据权利要求1的可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于刚性减速部件包括：

谐波减速器（2）、外壳/机架（3）、轴承（4），

刚度调节部件（5）与刚性减速部件串联，刚度调节部件（5）包括：

一根柔性齿条（13），和

一副沿柔性齿条（13）的轴线反对称布置的齿轮副刚度调节机构，直齿轮（9），其与柔性齿条（13）之间为共轭啮合，

其中

柔性齿条（13）的两端与谐波减速器（2）的刚性输出轴（7）固连，

在无角变形情况下，柔性齿条（13）的啮合线与刚性输出轴（7）的轴线垂直相交。

3.根据权利要求2的可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于：

刚度调节机构（5）的传动链包括：

刚度调节电机（12），其轴线与刚性输出轴（7）的轴线垂直布置，用于带动锥齿轮对中的小锥齿轮（11）转动；

锥齿轮对中的大锥齿轮（10）与直齿轮（9）同轴，大锥齿轮（10）带动直齿轮（9）转动；

滑块（14），其与刚度调节部件（5）相固连，

方导轨（15），其与滑块（14）相配合，使得刚度调节部件（5）沿方导轨（15）移动；

十字轴承（8），其包含在输出端（6）中，并与轴承（4）同心

其中

柔性齿条（13）相对于外壳（3）固定，从而使得刚度调节部件（5）沿柔性齿条（13）移动，

方导轨（15）与含十字轴承（8）的输出端（6）相固连，且方导轨（15）的轴线与输出端（6）的轴线垂直相交，

从而，当刚度调节电机（12）运转时，引起刚度调节部件（5）相对于刚性输出轴（6）的轴线距离的改变。

4.根据权利要求3的可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于：

通过使用一副反对称布置的刚度调节机构（5A）和（5B），实现了正反向关节刚度均为可调。

5.根据权利要求4的可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于：

在刚度调节电机（12）的正转驱动下，刚度调节部件（5A）向接近输出端（6）的轴线方向移动，则刚度调节部件与刚性输出轴（7）的轴线的距离减小，来自输出端（6）的正向/反向负载力矩所对应的直齿轮（9）的径向力增大，引起柔性齿条（13）较大的挠度，即关节刚度减小；

反之，在刚度调节电机（12）的反转驱动下，刚度调节部件（5A）向背离输出端（6）的轴线方向移动，则刚度调节部件与刚性输出轴（7）的轴的距离增大，来自输出端（6）的正向/反向负载力矩所对应的直齿轮（9）的径向力减小，引起柔性齿条（13）较小的挠度，即关节刚度增加。

6.根据权利要求5的可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于：

视柔性齿条（13）为弹性梁，将挠度折算到关节角变形，那么关节刚度K与刚度调节电机（12）位移σ的平方有关，即K=f(σ²)，从而实现关节刚度的非线性调节。

7.根据权利要求6的可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于：

两刚度调节部件5A和5B分别进行独立控制，则可实现正/反向刚度的非对称调节。

8.根据权利要求6的可变刚度的机器人关节驱动器，其特征在于：

关节驱动电机（1）和刚度调节电机（12）采用商用的伺服电机。