[发明专利]一种转动关节变刚度致动器

说明书

本发明公开了一种转动关节变刚度致动器，包括支撑机座，支撑机座包括底座、外壳和两个底座连接螺钉，底座位于外壳的下端，且外壳的下端和底座的上端相抵触，两个底座连接螺钉的一端均贯穿底座并延伸至外壳内，所述外壳上设有力矩输出机构，所述力矩输出机构上设有两个相互平行的输出盘连接销，两个输出盘连接销均位于外壳内，两个输出盘连接销上设有刚度调整机构，所述底座的下端一侧设有主传动机构。本发明能改变弹簧片的有效作用长度，实现输出刚度的变化，主传动机构和调刚盘同步旋转实现定刚度输出，异步旋转实现变刚度输出，便于输出刚度解耦，从而方便控制算法，降低了摩擦，有利于降低能耗，且输出盘能够实现连续回转，结构紧凑，体积小。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种转动关节变刚度致动器。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人的适用范围越来越广，新一代协作型工业机器人、服务机器人、助力及医疗康复机器人等，大多数均与人类共享工作空间且存在频繁的物理接触和力交换。2015年德国大众发生机器人攻击人的事件，说明机器人尚不能安全、在线地与人并肩工作，因此，人机交互的安全性变得尤为重要。传统的机器人是刚性的，虽然利用大量传感器和复杂的控制算法能够实现一定的柔性，但是传感器的分辨率以及控制系统的响应速度使柔顺控制大打折扣。然而刚度可调的致动器成为国内外研究的热点问题，变刚度致动器能够有效改善机器人的动态特性，当机器人与外界发生碰撞时，降低输出刚度，减小碰撞冲击，较高的输出刚度，又能保证位置精度，刚度调整过程中，柔性元件能够进行能量存储与释放，不仅能够降低系统能耗，同时又能为弹跳机器人等提供启动爆发性。

目前，已有的变刚度致动器，根据变刚度原理的不同，都存在不同程度的缺陷，如输出力较小，体积重量大，运动范围小，刚度较小，刚度调整能耗大，控制算法复杂等不足。具体来说，采用弹簧预紧的调节方式不够节能；采用特殊材料实现变刚度其性能难以保证，且控制复杂；采用杠杆原理调节方式摩擦能耗大，结构复杂笨重，为此，我们提出了一种转动关节变刚度致动器来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种转动关节变刚度致动器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种转动关节变刚度致动器，包括支撑机座，所述支撑机座包括底座、外壳和两个底座连接螺钉，所述底座位于外壳的下端，且外壳的下端和底座的上端相抵触，两个底座连接螺钉的一端均贯穿底座并延伸至外壳内，所述外壳上设有力矩输出机构，所述力矩输出机构上设有两个相互平行的输出盘连接销，两个输出盘连接销均位于外壳内，两个输出盘连接销上设有刚度调整机构，所述底座的下端一侧设有主传动机构，所述底座的下端另一侧设有刚度传动机构。

优选地，所述力矩输出机构包括设置在外壳内顶部的输出盘轴承，所述输出盘轴承内贯穿设有输出盘，且输出盘的上端贯穿外壳内的顶部并延伸至外壳的上端，两个输出盘连接销分别固定在输出盘的下端两侧。