[实用新型]一种可变刚度的柔性关节

说明书

技术领域

本实用新型涉及足式机器人技术，具体为一种可变刚度的柔性关节。

背景技术

足式机器人凭借其在行走过程中与地面的非连续接触特性表现出了很强的适应性，尤其在有障碍物的通道上或很难接近的工作场地上具有更广阔的发展前景。但是目前足式机器人的研究大多处于试验阶段，特别是机器人在步行过程中的可靠性、稳定性、速度以及与地面接触的柔性等方面仍然具有诸多技术问题需要解决。

足式机器人在实际行走过程中，足部着地的瞬间会产生巨大的冲力，这个冲力由足部通过腿部传递至机器人各关节及机身，以至于机器人各关节及机身均会产生剧烈振动，降低传感精度，损坏部分灵敏部件，并影响机器人运动的稳定性。另一方面，机器人足部与地面的刚性接触，会损失很大部分的能量，这样对机器人的运行时间和运行能力会造成很大的影响。因此，如何降低机器人行走过程中与地面接触产生的冲力，降低机器人机身、传感器和各灵敏部件的损坏率，减低能量损耗，是当前足式机器人要研究的重要内容之一。

机器人关节是机器人腿的重要组成部分，对足式机器人运动起着非常重要的作用。通过仿生的研究，学者们发现生物在不同运动状态下腿的柔顺性不是一成不变的，而是随着外界环境和自身运动方式的不同而不断调整变化的。为此，人们从生物界寻找到了灵感，对机器人腿部关节采用变刚度主动柔性仿生驱动的方式，降低了机器人足部着地过程的冲击力，同时又可以完成既定任务，提高机器人的适应性。机器人腿如果具备了生物腿的特性，为了适应环境可以改变自身的刚度和柔性，那么机器人在完成各项作业时，利用变刚度柔性结构来进行能量的存储和释放，就可以大大减少振动和降低系统的能耗。

现有的柔性关节大多采用气动柔性关节，实现技术比较复杂，例如：中国专利CN87107075A公开了一种柔性气缸及弯曲、扭转关节，其工作容积是由弹性壁围成。在工作中不存在摩擦及泄露，在工作时可模拟人类关节做弯曲动作。该结构采用气动驱动，结构比较复杂，且柔性也不易调节。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种可变刚度的柔性关节。该可变刚度的柔性关节能够有效降低机器人在行走和跑步过程中产生的冲击力，实现能量的存储和释放，为解决现有机器人高能耗及环境适应性问题奠定了基础，具有很好的应用前景。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，设计一种可变刚度的柔性关节，该柔性关节包括下圆盘、中圆盘、上圆盘、外罩、调刚度外壳、主电机输入轴、从动轴、异形齿轮输入轴、从动异形齿轮输入轴、调刚度轴、轴承、一级输入齿轮、一级从动齿轮、二级输入齿轮、二级从动齿轮、三级输入齿轮、三级从动齿轮、调刚度输入齿轮、调刚度从动齿轮、主动异形齿轮、从动异形齿轮、调刚度直流电机、电机固定支架和扭簧；

所述下圆盘、中圆盘与上圆盘通过螺栓与外罩固定连接；所述调刚度外壳通过螺栓与上圆盘固定连接；所述主电机输入轴通过法兰与主电机同步旋转，并通过键与一级输入齿轮连接；所述一级从动齿轮通过齿轮啮合与一级输入齿轮配合连接；所述一级从动齿轮通过键与从动轴连接；所述二级输入齿轮通过键与从动轴连接；所述二级从动齿轮通过齿轮啮合与二级输入齿轮配合连接；所述主动异形齿轮输入轴通过键与二级从动齿轮连接；所述主动异形齿轮通过键与主动异形齿轮输入轴连接；所述从动异形齿轮通过齿轮啮合与主动异形齿轮配合连接；所述从动异形齿轮输入轴通过键与从动异形齿轮连接；所述三级输入齿轮通过键与从动异形齿轮输入轴连接；所述三级从动齿轮通过齿轮啮合与三级输入齿轮连接；所述调刚度轴与三级从动齿轮为非固定连接，可相对三级从动齿轮旋转；所述调刚度直流电机通过螺栓与电机固定支架固定连接在上圆盘；所述调刚度输入齿轮通过键与调刚度直流电机轴连接；所述调刚度从动齿轮通过齿轮啮合与调刚度输入齿轮配合连接，与调刚度轴为非固定连接，可相对调刚度轴旋转；所述扭簧与调刚度轴同轴，扭簧一端与三级从动齿轮固定连接，另一端与调刚度从动齿轮固定连接。