[实用新型]一种具有双向可变刚度的柔性铰链

说明书

技术领域

本实用新型属于服务机器人技术领域，涉及一种具有双向可变刚度的柔性铰链。

背景技术

服务机器人不同于一般的工业机器人，因为它不是固定在一个位置上。强调一下玩具机器人这种机器人具有灵活的行走系统，可到达一些人不易或不益到达的场合，完成人或智能系统预先设置的工作。相对于轮式或履带式机器人，其灵活性好、工作空间宽阔、移动“盲区”小、耗能小、逾越障碍能力强、可适应复杂地面，这些特点决定了双足步行机器人在实际应用中无可比拟的优越性，所以，双足步行机器人具有更加广阔的发展前景。

双足步行机器人的关键技术之一是具有可靠的行走机构，其行走时的速度、平稳性直接影响机器人的工作能力与效率。在行走过程中，机器人脚底与地面接触会受到冲击，产生振动，这种冲击会通过踝关节传递都机器人的整个躯干，对机器人各个关节的运转产生影响，使其动态平衡受到干扰，导致步态不稳定；并且会对机器人关节内部的电机、减速器等造成损伤，影响机器人行走速度、运动精度和稳定性控制。所以，在机器人脚步机构设计时应当考虑吸收冲击、存储能量等问题。

为了解决上述问题，目前已经研制出多种在走路期间能够吸收冲击的双足步行机器人脚部结构。

浙江大学的朱秋国等人开发了专利号CN102632508A一种适用于机器人关节的平面扭簧，该方案包括扭簧外圈，扭簧内圈和若干弹性体，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。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。但是该发明只是实现了旋转关节的缓冲，对于扭转和直线位移没有缓冲。

清华大学的陈恳等人申请的专利号CN101161427A仿生踝关节中，踝关节采用关节轴承，轴承内圈与小腿连接，轴承外圈与足连接，外圈相对于内圈旋转，带动机器人足相对于小腿运动。踝关节的抬起伸直运动、绕小腿轴线的旋转运动，分别通过一对气动肌肉控制，踝关节的侧向摆动通过一对弹簧控制。该发明可以实现踝关节三轴同心的灵活运动，利于降低能量损耗且能达到缓冲的效果，但是该关节是从结构上出发通过零件的组合使用来达到这些功能，无形中使结构复杂化、控制难度加大了。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供了一种具有双向可变刚度的柔性铰链。

本实用新型通过以下技术方案来实现：它主要由圆盘和四个柔性支撑单元组成，四个柔性支撑单元沿圆盘的圆周方向均匀分布，构成一个并联机构；每个柔性支撑单元包含支撑板、第一柔性连杆、连接板和第二柔性连杆，支撑板和连接板之间有第一柔性连杆，连接板和圆盘之间有第二柔性连杆；第一柔性连杆和第二柔性连杆上都开有圆弧槽口；支撑板上开有固定孔；圆盘上开有连接孔。

本实用新型的有益效果：本实用新型所使用的双向可变刚度的柔性铰链的支撑板与机器人脚底板连接，圆盘与机器人踝关节支承座连接；当机器人脚部着地时，圆盘通过柔性连杆带动连接板、连接板通过柔性连杆部分带动支撑板产生直线位移或俯仰角或翻滚角，使其刚度发生变化；从而明显提高了机器人在应对足部着地冲击时的自我调整能力，使仿人机器人行走时更加平稳、舒适；同时可以吸收着地时冲击产生的能量，抬脚起步时，被压缩的柔性铰链可释放弹性变形能，在机器人的行走过程中起到节能的目的。

附图说明

图1是本实用新型的机构简图；

图2是本实用新型的三维立体图；

图3是本实用新型的平面图；

图4是本实用新型轴向受力时的形变示意图；

图中，支撑板1、连接板2、圆弧槽口3、圆盘4、连接孔5、固定孔6、柔性连杆7、柔性连杆8。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型由圆盘4和四个柔性支撑单元组成，四个柔性支撑单元沿圆盘4的圆周方向均匀分布，构成一个并联机构；每个柔性支撑单元包含支撑板1、柔性连杆7、连接板2和柔性连杆8，支撑板1和连接板2之间有柔性连杆7，连接板2和圆盘4之间有柔性连杆8。