[发明专利]一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转型减振弹性元件，具体涉及一种用于柔性机器人关节上的使用金属橡胶材料的被动减振弹性元件，属于机器人领域。

背景技术

随着机器人应用领域不断拓展，越来越多的机器人走出隔离间，工作在有人类存在的环境中，这对机器人运行的安全性提出了很高要求。为了保证人类的安全，采用串联弹性驱动器的柔性机器人不断问世。通过在机器人关节的电机减速器输出端和负载之间串联扭簧等柔性元件，减小了机器人的输出阻抗，提高了机器人的安全性。但是，机器人关节柔性的提高，使机器人运作时产生振动，从而大大降低了机器人位置控制的精确性。为了抑制机器人振动，可采用主动、半主动和被动三种减振方法。主动振动控制是利用控制算法减小振动，可靠性差。半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂。哈尔滨工业大学机器人研究所曾设计一款被动减振的弹性元件，该元件采用普通橡胶作为阻尼减振材料，结构简单，但橡胶材料本身性质不稳定，易氧化，在周期载荷作用下工作寿命有限，因此，需要寻找更合适的阻尼减振材料替代普通橡胶。

综上所述，现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。进而提供一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件。

本发明的技术方案是：一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，它包括外圈基本体、内圈基本体、挡板、轴承和多个金属橡胶片，内圈基本体同轴内嵌到外圈基本体内，轴承安装在内圈基本体上，多个金属橡胶片内嵌到外圈基本体和内圈基本体围合区域的密封空间内，挡板安装在外圈基本体上，且挡板将多个金属橡胶片、内圈基本体和轴承均包围在外圈基本体内。

进一步地，外圈基本体包括外圈和外圈挡板，外圈为圆环形外圈，外圈的圈体沿其自身的轴线方向开设多个连接孔，外圈挡板呈环形阵列的方式固定安装在外圈的内侧壁上。

进一步地，外圈和外圈挡板制成一体。

进一步地，内圈基本体包括内圈、内圈底板和多个内圈挡板，内圈固定安装在内圈底板的中心，多个内圈挡板环形阵列安装在内圈底板上，且多个内圈挡板位于内圈的外侧。

进一步地，外圈挡板与内圈挡板交错布置。

进一步地，内圈、内圈底板和多个内圈挡板制成一体。

进一步地，外圈基本体、内圈基本体、挡板、轴承和多个金属橡胶片的轴线重合。

进一步地，挡板的周边有若干通孔，挡板通过螺栓连接在外圈基本体上，同时该螺栓组将弹性元件与机器人负载端相连。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明首次采用金属橡胶材料制作弹性元件用于机器人关节中，由于采用金属橡胶，本发明的弹性元件能产生10°以上的弹性变形，赋予机器人关节更大的柔性。

2、本发明的金属橡胶材料是典型的阻尼减振材料，与普通橡胶相比，其利用金属丝间的摩擦产生阻尼，阻尼特性更大，减振效果更好，且其物理性质更稳定，使用寿命更长。同时作为被动减振方案，使得本发明结构简单，工作可靠，是理想的振动控制方案。

3、本发明的金属橡胶具有非线性刚度特性，采用本发明的机器人关节能实现更大的力矩输出范围和刚度调节范围。

4、本发明具有较大的输出力矩，能实现几十Nm到几百Nm的扭矩输出,能够驱动大负载。

附图说明

图1是本发明的弹性元件装配图剖面视图；图2为弹性元件的爆炸示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，它包括外圈基本体1、内圈基本体2、挡板4、轴承5和多个金属橡胶片3，内圈基本体2同轴内嵌到外圈基本体1内，轴承5安装在内圈基本体2上，多个金属橡胶片3内嵌到外圈基本体1和内圈基本体2围合区域的密封空间内，挡板4安装在外圈基本体1上，且挡板4将多个金属橡胶片3、内圈基本体2和轴承5均包围在外圈基本体1内。