[实用新型]一种主-被动变刚度关节

说明书

本实用新型为一种主‑被动变刚度关节，包括关节输出杆、关节驱动杆、中心轴、步进电机、电机安装座、斜齿大齿轮、扭簧、斜齿小齿轮、第一组钢珠、第一锥盘、第一碟簧、第一滑块、第二滑块、第二碟簧、第二锥盘、第二组钢珠、左端盖、第一压簧、右旋螺母、左旋螺母、套筒、第二压簧、第一轴套、第二轴套。通过调整两个碟簧的压缩量，使得关节刚度发生变化，实现关节的主动变刚度功能；当关节发生相对转对时，扭簧发生扭转，套筒被挤压变形，使得第一组钢珠和第一锥盘以及第二组钢珠和第二锥盘两两相互配合，将径向位移转换为轴向位移，压缩第一碟簧和第二碟簧，阻碍关节驱动杆和关节输出杆的相对转动，实现关节的柔性输出。

技术领域

本实用新型涉及机器人关节技术领域，特别涉及一种主-被动变刚度关节及其刚度调节方法。

背景技术

随着科技的快速发展，传统的刚性机器人设计已经达到了极限。目前服务医疗机器人兴起，在人机交互领域，安全约束是机器人与人类互动的重要方面，而传统刚性机器人运动缓慢且动力不足，实际应用困难；在工业生产、柔性装配、定载荷组装领域，柔性对相互作用力较为敏感以及高精度力矩传感器的应用存在成本高、控制系统实时性要求高的缺点。

申请号201710289744.3公开了一种紧凑型变刚度旋转柔性关节,包括关节驱动盘、关节输出盘、关节被动内盘、第一凸轮、第一被动变刚度调整座、第一组压缩弹簧、光轴、第一变刚度调整座、涡轮丝杠结构、第二变刚度调整座、第二组压缩弹簧、第二被动变刚度调整座、第二凸轮、圆柱齿轮、蜗杆、绝对式编码器、电机和圆弧齿条，该机构虽然具有主-被动调节关节刚度的功能，但结构相对复杂，所设计的关节总体尺寸为直径160mm，高45mm，柔性变形最大角度为45°，体积较大且相对转角较小，应用到各种中小型机器人上的广泛性受到限制。现有变刚度关节的结构相对复杂，体积较大，控制复杂，且变刚度特性差，基于上述原因，设计一种结构简单、体积小、主动刚度调节特性好的变刚度关节具有重要的现实意义。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种主-被动变刚度关节及其刚度调节方法，该关节能用于关节旋转型机器人，其结构简单、小巧，调整快速，节能且具有较大的刚度调整范围。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种主-被动变刚度关节，包括关节输出杆、关节驱动杆、中心轴、步进电机、电机安装座，中心轴的两端分别连接关节输出杆和关节驱动杆，步进电机通过电机安装座固定在关节输出杆上；其特征在于，该关节还包括斜齿大齿轮、扭簧、斜齿小齿轮、第一组钢珠、第一锥盘、第一碟簧、第一滑块、第二滑块、第二碟簧、第二锥盘、第二组钢珠、左端盖、第一压簧、右旋螺母、左旋螺母、套筒、第二压簧、第一轴套、第二轴套；

上述第一锥盘、第一滑块、第一碟簧、第一压簧分别与相应的第二锥盘、第二滑块、第二碟簧、第二压簧形状结构相同；

步进电机的输出端通过键连接斜齿小齿轮，斜齿小齿轮与斜齿大齿轮相啮合，斜齿大齿轮与中心轴配合，且与关节输出杆固定；在套筒外缠绕扭簧，所述扭簧的一端与关节输出杆固定，另一端与关节驱动杆固定；

所述中心轴中部为中心轴肩，中心轴肩两端的轴段是丝杠，两个丝杠旋向相反，丝杠的外侧是第一光轴；第一光轴的外侧为第二光轴，在一侧的第二光轴上设有键槽；第二光轴的外侧为第三光轴，第三光轴的外侧为螺纹轴，第一光轴、第二光轴、第三光轴、螺纹轴两两之间均存在轴肩；

所述中心轴上从驱动端到输出端依次嵌套有左端盖、第二压簧、第二锥盘、第二碟簧、左旋螺母、右旋螺母、第一碟簧、第一锥盘、第一压簧、斜齿大齿轮，所述左旋螺母、右旋螺母通过螺纹连接在中心轴的相应丝杠上，第二锥盘、第一锥盘分别固定在中心轴的第一光轴上；斜齿大齿轮通过键槽安装在第一锥盘外侧的中心轴的第二光轴上，左端盖位于第二锥盘外侧的中心轴的第二光轴上；所述第一碟簧、第一压簧、第二碟簧、第二压簧均与中心轴之间存在间隙；所述左端盖通过过盈配合安装在在中心轴的第二光轴上，通过第二轴套对其进行轴向定位；