[发明专利]一种具有人机交互安全性的柔性变刚度机构

说明书

本发明提供一种具有人机交互安全性的柔性变刚度机构，包括：上方调整装置、下方调整装置和多个刚度可变的簧片，所述簧片的两端分别与所述上方调整装置和所述下方调整装置连接，所述上方调整装置和所述下方调整装置中的至少一个在旋转时可带动所述簧片发生扭转形变，以使所述簧片的刚度可变。本发明提供的具有人机交互安全性的柔性变刚度机构通过快速改变簧片的刚度，以使机构整体的刚度快速变化，减少了机构与人接触时对人造成的损伤，提升了机构应对各种情况的适应性。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种具有人机交互安全性的柔性变刚度机构。

背景技术

近年来，机器人在生活中得到越来越广泛的应用，现实生活中许多复杂的作业，往往需要机器人与人在同一工作空间内并相互配合才能得以完成，在这种情况下，机器人除了要确保自身和操作工件的安全，同时更需要确保人的安全性，避免在工作中因与人发生接触而对人造成损伤。

目前，采用降低机器人刚度的方式来降低机器人与人发生碰撞时对人体的损伤程度，例如人机交互的过程中，当机器人处于较慢的工作速度时，为保证工作过程中的准确性，机器人需要保持较大的刚度，而当机器人处于高速运转的状态下，机器人就需要保证较低的刚度，才能保证操作人员发生误触时的安全性。因此机器人应该实现短时间内的速度及刚度变化，满足操作过程中的精准性和安全性要求，从而实时有效地提高机器人的安全性和稳定性。现阶段的研究中，为了降低撞击伤害程度，主要采取降低传动链刚度、降低机器人有效质量(惯量)以及降低机器人运行速度等措施。

然而，上述措施无法有效解决问题，降低有效质量、运行速度等措施将影响到机器人的工作效率，因此，降低传动链的刚度就成为提高机器人安全性更为主要的措施，但是片面降低传动链的刚度同样存在问题，刚度降低后系统的位置跟踪或定位时间会加长，同时会导致机器人固有频率的降低，缩小了机器人频带宽度，导致动态性能变差。

发明内容

本发明提供一种具有人机交互安全性的柔性变刚度机构，采用柔性结构代替现有技术中的刚性结构，解决现有技术中刚性结构的机器人因自身刚度不易变化而造成与人接触时易将人撞伤的技术问题。

本发明提供一种具有人机交互安全性的柔性变刚度机构，包括：上方调整装置、下方调整装置和多个刚度可变的簧片，所述簧片的两端分别与所述上方调整装置和所述下方调整装置连接，所述上方调整装置和所述下方调整装置中的至少一个在旋转时可带动所述簧片发生扭转形变，以使所述变刚度机构的刚度可变。

进一步地，所述上方调整装置和所述下方调整装置均包括：底座、多个调整件和驱动组件，其中，所述调整件穿设在所述底座上，且所述调整件穿过所述底座的一端与所述簧片连接；所述驱动组件用于驱动所述调整件转动以带动所述簧片发生扭转。

进一步地，所述驱动组件包括驱动舵机、舵盘和驱动绳，其中所述驱动舵机与所述舵盘相连，所述驱动舵机设在所述底座上，所述驱动绳绕设在所述舵盘和所述调整件上；所述舵盘用于在所述驱动舵机的驱动下转动并带动所述驱动绳转动，以使所述驱动绳转动时带动所述调整件旋转。

进一步地，所述调整件包括：安装轴以及套设在所述安装轴上的滚动轴承和滚动轴承端盖，其中，所述滚动轴承端盖通过固定件与所述底座固定连接，所述滚动轴承位于所述底座上开设的安装孔中，所述安装轴通过所述滚动轴承与所述底座转动连接；所述驱动绳绕设在所述安装轴的第一端上；所述安装轴的第二端穿过所述底座与簧片相连。

进一步地，所述安装轴的第一端上设有预紧组件，所述预紧组件用于对所述驱动绳进行预紧处理以防止所述驱动绳使用中出现松弛。

进一步地，所述预紧组件包括楔形垫块以及位于所述安装轴第一端端面上且底壁延伸到所述驱动绳下方的预紧空间，所述预紧空间的内壁上开设多个从所述安装轴第一端端面贯穿到所述驱动绳下方的缺口，且所述垫块向所述预紧空间移动过程中将所述预紧空间逐渐撑开，以使所述驱动绳在所述安装轴上张紧。