[发明专利]空间可控时变刚度柔性关节装置

说明书

本发明公开了一种空间可控时变刚度柔性关节装置，包括转动输入组件、转动输出组件、设置在转动输入组件和转动输出组件之间的旋转机构，所述旋转机构包括端曲面齿轮、与端曲面齿轮啮合的至少两个从动齿轮、用于为从动齿轮提供沿端曲面齿轮轴向的弹力使从动齿轮与端曲面齿轮保持啮合的弹性组件，所述端曲面齿轮与转动输入组件固定连接，所述弹性组件的一端与从动齿轮转动配合，另一端与转动输出组件固定连接。该新型变刚度柔性关节能够满足柔性机械臂的需求,提高了柔性关节在大载荷、高精度领域的应用。

技术领域

本发明涉及机器人连接关节驱动机构领域，具体涉及一种空间可控时变刚度柔性关节装置。

背景技术

机器人连接关节驱动机构的性能是影响机器人综合性能指标的内因所在,它决定了机器人在特殊复杂的工况环境下运行的环境适应性、可靠性等。目前的机器人关节驱动机构大多选用连杆加弹簧的运动形式，其承载和定位是靠弹簧的拉伸与连杆的旋转组合来实现，这种方式不能承受大负载、定位不精确。作为一种组合传动机构，通常随着运动规律和轨迹要求的复杂性增加，组合机构的零部件数量也随之增多，结构也随之变得复杂，而机构可靠性往往随之下降，同时会出现摩擦、发热，磨损厉害、寿命短等问题。可变刚度柔性关节是一种刚度可以人为调节的柔性驱动器。柔性驱动器的概念与刚性驱动器对应，柔性驱动器由于固有的柔顺性，当输出负载为零时驱动器位于平衡位置，在外力作用下将发生偏移。现有的被动柔性关节普遍存在抗干扰能力即稳定性较差，承载能力不够，难以应用于重载飞行器和地面移动平台上；且由于主要零部件始终处于拉伸或反复拉压状态，寿命也不足，结构形式较为固定，刚度调节困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空间可控时变刚度柔性关节装置，可以提高变刚度柔性关节的使用范围、承载能力和抗干扰能力。

空间可控时变刚度柔性关节装置，包括转动输入组件、转动输出组件、设置在转动输入组件和转动输出组件之间的旋转机构，所述旋转机构包括端曲面齿轮、与端曲面齿轮啮合的至少两个从动齿轮、用于为从动齿轮提供沿端曲面齿轮轴向的弹力使从动齿轮与端曲面齿轮保持啮合的弹性组件，所述端曲面齿轮与转动输入组件固定连接，所述弹性组件的一端与从动齿轮转动配合，另一端与转动输出组件固定连接。

进一步，所述从动齿轮在端曲面齿轮节曲线上圆周等角度分布，每一个从动齿轮对应一个弹性组件。

进一步，所述弹性组件包括支架和弹簧，所述弹簧设置在支架和转动输出组件之间并为支架提供沿端曲面齿轮轴向的弹力，所述支架与从动齿轮转动配合并通过弹簧将从动齿轮与端曲面齿轮保持啮合。

进一步，所述弹性组件还包括用于弹簧导向的导向杆，所述支架可沿端曲面齿轮轴向移动的方式与所述导向杆连接。

进一步，所述转动输出组件包括输出轴及与之固定连接并进行同步转动的上底板，所述导向杆的一端通过法兰与所述上底板固定连接，另一端设置有长孔，所述支架包括支架本体，所述支架本体上一体成型设置有用于与从动齿轮转动配合的连接部以及与所述导向杆的长孔配合的光杆，所述弹簧外套设置在光杆和导向杆外，上下两端分别通过法兰和连接部进行限位。

进一步，所述转动输入组件包括输入轴及与之固定连接并进行同步转动的下底板，所述下底板与端曲面齿轮固定连接，所述上底板和下底板之间设置有中间轴,所述中间轴与上底板固定连接，所述中间轴与下底板转动连接且轴向定位。

进一步，所述柔性关节装置还包括外壳，所述外壳为上端开口的圆筒状，所述旋转机构设置在外壳内,所述外壳的底部固定设置在端曲面齿轮和下底板之间，所述端曲面齿轮中间通孔，外壳的中部向上一体形成用于与中间轴转动配合的台座。

进一步，所述从动齿轮为直齿圆柱齿轮。

进一步，从动齿轮的齿数z取值范围，