[发明专利]一种用于串联弹性驱动关节的平面扭簧与方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人运动部件之间的连接，尤其涉及一种用于串联弹性驱动关节的平面扭簧与方法。

背景技术

近几年来,机器人技术发展日趋成熟,并在众多领域得到了广泛应用，尤其在工业中地位尤为明显。但目前工业机器大都需考虑安全问题,工业机器人需要划分一定的工作区间以保证与人类的安全距离。这种方式虽保证了生产过程中操作人员的人身安全,但却无法通过人机协作提高作业的效率。因此,如何实现机器人与人之间的安全协作,是现代机器人技术研究的重要方向，也是实现机器人智能化以及机器人走进人类生活的重要前提。

机器人关节是机器人系统的重要组成部分，传统的机器人设计中，关节设计主要采用刚性的设计方法,采用电机与减速器直接刚性连接执行部件。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，更重要的是容易造成人类受伤，增加了安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单，用于串联弹性驱动关节的平面扭簧与方法。解决了现有平面扭簧最大相对旋转角度较小，容易受径向或轴向载荷发生离心偏移的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于串联弹性驱动关节的平面扭簧，包括内环4、外环1以及若干固定在内环4与外环1之间的波浪形弹性体单元3；

所述波浪形弹性体单元3沿圆周均匀分布，每个弹性单元由若干个半圆弧依次串联构成。波浪形弹性体单元3的宽度方向垂直于内环4和外环1的圆周平面。

每个波浪形弹性体单元3除了首尾连接部分为劣弧，其余部分均由多个160°～180°的半圆弧相切相连。

波浪形弹性体单元3，由外环1至内环4延伸方向逐渐增厚。

波浪形弹性体单元3由外环1至内环4延伸方向厚度相等。

波浪形弹性体单元3的厚度是中间薄、两端厚；即由波浪形弹性体单元3的中间分别向外环1至内环4延伸方向逐渐增厚。

外环1的周围分布有若干个用于连接负载的负载螺栓孔2；内环4的周围分布有若干个用于连接减速器的减速器螺栓孔5。

波浪形弹性体单元3数量(轮辐数)一般为3至9个，每个波浪形弹性体单元3内的半圆弧数量为3至5个；当然，为适应不同工况下对扭簧性能的要求，其数量及其厚度可根据具体要求而定。

安装时外环1通过负载螺栓孔2与负载固定、内环4通过减速器螺栓孔5与减速器输出端固定；

运行时电机经过减速器带动内环4转动，内环4与外环1之间波浪形弹性体单元3发生弹性形变，并带动连接在外环1上的负载运动。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明波浪形弹性体单元3沿圆周均匀分布，每个弹性单元由若干个半圆弧依次串联构成；波浪形弹性体单元3的宽度方向垂直于内环4和外环1的圆周平面。这种结构的扭簧在承受较大扭矩的情况下，具有较大的内环与外环的相对扭转角度，并且在一环固定，另一环受到径向力或者轴向力的时候，偏心的幅度很小，从而使得串联弹性驱动关节获得较好的柔顺性的同时，也提高了控制精度以及减小了控制难度。

本发明的波浪形弹性体单元3结构紧凑，所使用的弹性单元曲线圆弧简单，便于模型的构建，也便于加工，不仅满足了串联弹性驱动关节对大转角的使用设计需求,也通过减小轴向与径向的位移偏心量来提高控制精度以及减小控制难度。

附图说明

图1为本发明串联弹性驱动关节的平面扭簧的立体结构示意图。

图2为图1平面结构示意图。

图3为现有技术扭簧平面结构示意图一。

图4为现有技术扭簧平面结构示意图二。

图5为现有技术扭簧平面结构示意图三。

图6为现有技术扭簧平面结构示意图四。

图7为现有技术扭簧平面结构示意图五。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

如图1、图2所示，本发明用于串联弹性驱动关节的平面扭簧，包括内环4、外环1以及若干固定在内环4与外环1之间的波浪形弹性体单元3；

所述波浪形弹性体单元3沿圆周均匀分布，每个弹性单元由若干个半圆弧依次串联构成。波浪形弹性体单元3的宽度方向垂直于内环4和外环1的圆周平面。每个波浪形弹性体单元3除了首尾连接部分为劣弧，其余部分均由多个160°～180°的半圆弧相切相连。

在实际生产和应用中,可以根据不同工况下对扭簧性能的要求调整波浪形弹性体单元3宽度、半圆弧数量、单元数量和簧片的厚度。