[发明专利]一种基于磁流变液的连续可控变刚度机器人柔顺关节

说明书

本发明提供了一种可变刚度的关节结构，其特征在于，所述关节结构包括关节外壳、第一导磁薄片、第二导磁薄片、绕制线圈、骨架、轴承、第一端盖、第二端盖、输出连杆，其中第一导磁薄片、第二导磁薄片、绕制线圈、骨架、轴承按顺序封装在关节外壳中，绕制线圈放置在骨架内部，第一端盖和第二端盖分别设置在关节外壳的两侧，输出连杆安装在关节外壳的一侧且相对关节外壳可旋转。本发明结构简单、制作方便、成本低廉，并具有响应时间快、刚度变化连续可控，并且变化范围大的特点。

技术领域

本发明属于工业机器人机构领域，尤其涉及一种可实现连续可控变刚度的关节结构。

背景技术

随着科技水平的快速发展和机器人相关技术的不断进步，机器人技术在工业生产和日常生活中的应用已越来越广泛。在工业场景中应用的机器人要应用在日常生活中，安全性是一个十分重要的问题。随着机器人与人之间的交互越来越普遍，为减轻机器人与人或其他障碍物发生碰撞时产生的冲击力，以及保护人和机器人自身的安全，柔性机器人的研究日益广泛。因此，设计具有较强灵敏性、较大刚度变化范围的机器人关节，已成为机器人技术领域的一项研究热点。

针对变刚度关节的研究设计问题，国内外研究者已经研究设计了很多不同原理的变刚度关节。目前的变刚度关节设计主要是从机械结构上考虑，常见的变刚度关节主要有两种类型：一种是在输入与输出之间串联一个弹性结构，在关节运动过程中通过挤压弹性元件来实现变刚度，这种结构若要实现较为精确的刚度改变，需要通过复杂的计算来设计弹性元件，并且对弹性元件的材料需要较高的要求；另一种是通过增加一个调整电机和弹簧等弹性元件来配合使用从而改变关节的刚度，该结构一般能实现刚度较为精确的控制，但是增加一个电机无疑也增加了关节的体积和制作成本。

公开号为CN105108771A的中国专利文献公开了一种可变刚度机器人结构，其特征是采用弹簧片作为刚度调节部件，且弹簧片作为力传递部件，其刚度会根据作用长度变化而改变，变刚度过程中通过滑动一个移动滑座即可轻松调整弹簧片的作用长度。该专利申请可以实现关节刚度值的改变，但是该结构需使用两个电机和涡轮蜗杆等结构，其大大增加了结构质量和制作成本，并且使用弹簧片实现变刚度，刚度调整范围有限。若长期使用，则存在疲劳的风险，并且对弹簧片的要求较高。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提出了一种基于磁流变液的连续可控变刚度机器人柔顺关节，其结构简单、制作方便、成本低廉，并具有响应时间快、刚度变化范围大且连续可控等特点。

本发明为解决以上技术问题所采用的技术方案如下：

一种可变刚度的关节结构，所述关节结构包括关节外壳、第一导磁薄片、第二导磁薄片、绕制线圈、骨架、轴承、第一端盖、第二端盖、输出连杆和磁流变液。其中第一导磁薄片、第二导磁薄片、绕制线圈、骨架、轴承按顺序封装在关节外壳中，所述磁流变液均匀分布在第一导磁薄片和第二导磁薄片之间，绕制线圈设置在骨架内部并套合在第一端盖的圆柱凸台上，第一端盖和第二端盖分别设置在关节外壳的两侧，输出连杆安装在关节外壳的一侧且能够相对关节外壳旋转。

作为本发明上述技术方案的进一步改进，输出连杆与关节外壳之间还安装有弹簧机构，弹簧机构安装在关节外壳的一侧且能够相对关节外壳旋转，输出连杆连接在弹簧机构上。

作为本发明上述技术方案的优选实施方式，所述弹簧机构包括弹簧挡板、弹簧、滑块和弹簧盖。

作为本发明上述技术方案的优选实施方式，所述关节外壳靠近弹簧机构的一端具有滑道，用以放置弹簧。

作为本发明上述技术方案的进一步改进，弹簧盖具有凸起，当弹簧盖相对关节外壳发生旋转时，滑块会挤压弹簧。

作为本发明上述技术方案的优选实施方式，第一导磁薄片与关节外壳位置相对固定，第二导磁薄片和骨架位置相对固定。

作为本发明上述技术方案的进一步改进，第一端盖和第二端盖上均具有凸起，以嵌合在骨架的两侧。