[发明专利]一种用于机器人关节的可控阻尼的柔顺驱动器

说明书

本发明公开了一种用于机器人关节的可控阻尼的柔顺驱动器。现有柔顺驱动器驱动反应滞后，柔顺性不可控。本发明的中空旋转平台的内圈由外力驱动，并带动电刷转子及输出盘转动；内转盘包括盘体和中心螺柱；平面扭簧内圈与输出盘固定，外圈与十字支撑架及盘体固定；外转盘支承在中心螺柱上，且外转盘与盘体相对的端面压紧，压紧力由调节装置调节；盘体靠近外缘处开设2～4个凹槽；凹槽内注有磁流变液；凹槽底部开设两个通液孔，管道连通两个通液孔外端；管道上缠绕有线圈；外转盘内端面设有与凹槽数量相等的柱状体，每个柱状体嵌入对应一个凹槽内，将凹槽分隔成两个腔。本发明有效增加驱动器柔顺性，同时运动柔顺程度可控。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及使用磁流变液材料制成用于机器人关节的可控阻尼的柔顺驱动器。

背景技术

机器人伴随着人类提高生产效率，减轻劳动负担的需要而诞生，随着人类生活水平的提高，机器人在人们生活中的作用越来越凸显，与人类的关系也越来越密切，由此带来的机器人与人和环境三者之间的安全交互问题成为了人们关注的焦点。

目前机器人的设计大多采用的是单一的刚性结构，虽然可以保证位置、精度要求，但在与人交互过程中存在极大的安全隐患。近几年，学者们针对机器人柔顺关节驱动进行了大量的研究，提出了利用构建柔顺驱动结构、串联弹性元件、半主动控制技术等方法，使得机器人在实际工作中避免因外部冲击而毁坏，提高机器人与人的安全交互性。而目前，基于智能材料，借助其优异的功能特性和适应性研究出的柔顺驱动器是最符合机器人技术发展趋势的。

在目前已知的机器人关节柔顺驱动器中，大多采用引入弹性元件技术。浙江大学朱秋国、熊蓉等人开发了专利号CN102632508A和CN103817694A的适用于机器人关节的平面扭簧，在专利号CN103817694A中使用了弹性元件平面扭簧，开创了国内适用于机器人关节平面扭簧的先例，不仅解决了传统弹簧占用空间大等问题，同时也扩大了变刚度范围。但是现有的关节柔顺驱动器仍然存在运动反应滞后及柔顺性不可控等问题，因此现有的柔顺驱动技术仍无法满足新型机器人发展趋势中的使用要求。

发明内容

本发明针对上述柔顺驱动器中驱动反应滞后及柔顺性不可控等问题，提供一种用于机器人关节的可控阻尼的柔顺驱动器。

本发明的技术解决方案如下：

本发明包括驱动系统和变阻尼变刚度结构。所述的驱动系统包括步进电机和中空旋转平台；步进电机的底座固定在中空旋转平台的外圈一侧，中空旋转平台的外圈和内圈构成转动副；所述的步进电机驱动中空旋转平台的内圈转动；所述的变阻尼变刚度结构包括输出盘、内转盘、外转盘、十字支撑架、平面扭簧、电刷和调节装置；所述电刷的电刷定子由螺钉固定在中空旋转平台的外圈上，电刷的电刷转子通过端面法兰结构与输出盘固定；所述的输出盘通过端面的法兰结构与中空旋转平台的内圈固定；所述的内转盘包括一体成型的盘体和中心螺柱；所述的平面扭簧内圈通过螺钉与输出盘固定，平面扭簧的外圈与十字支撑架及内转盘的盘体通过螺钉固定；输出盘靠近内转盘的一侧设有支承轴，支承轴穿过平面扭簧的内圈和十字支撑架的中心孔设置，内转盘的盘体通过第一深沟球轴承支承在支承轴上；所述的外转盘通过第二深沟球轴承支承在中心螺柱上，且外转盘与内转盘盘体相对的端面压紧设置，压紧力通过调节装置调节；内转盘的盘体靠近外缘处开设有2～4个凹槽；凹槽内注有磁流变液；凹槽底部开设有沿周向排布的两个通液孔，管道连通两个通液孔外端；管道上缠绕有线圈；外转盘内端面设有与凹槽数量相等的柱状体，每个柱状体嵌入对应一个凹槽内，将凹槽分隔成两个腔。

所述的十字支撑架开设有周向均布的四个限位槽，平面扭簧的内圈通过四个螺钉与输出盘固定，该四个螺钉的螺钉头分别嵌入对应一个限位槽内。

所述第一深沟球轴承的内圈两端面分别通过输出盘的轴肩和盘体的轴肩进行轴向定位。