[发明专利]一种模块化钢丝绳驱动变刚度关节

说明书

一种模块化钢丝绳驱动变刚度关节，包括关节外壳、主驱动机构、弹性机构和刚度调节机构；弹性机构包括变刚度底盘、直线弹簧模块和杠杆组件；变刚度底盘上可转动地偏置有杠杆组件，支点滑槽的两个外壁分别对应顶靠有一个直线弹簧模块，直线弹簧模块可滑动地设置在变刚度底盘上，变刚度底盘由主驱动机构带动相对关节外壳能转动；刚度调节机构包括刚度调节驱动器、钢丝绳传动组件、平移滑块、输出端盖和第一凸轮轴承随动器；平移滑块由钢丝绳传动组件中的钢丝绳带动相对输出端盖滑动，第一凸轮轴承随动器安装在平移滑块的下表面上，并限位在支点滑槽内能滑动。本发明变刚度关节刚度调节范围大，可以满足不同载荷情况下关节刚度的灵活调整。

技术领域

本发明涉及一种变刚度关节，具体涉及一种模块化钢丝绳驱动变刚度关节。属于机器人关节技术领域。

背景技术

传统工业机器人采用刚性关节设计，具有较高的位置控制精度，但是安全性较差，一般工作于封闭的环境中。而服务机器人，野外特种操作机器人等机器人系统一般工作在开放的环境中，不仅需要应对灵活多变的复杂操作任务，还存在人机安全交互、机器人与非结构化环境交互的要求，因此，传统刚性关节不能很好的满足协作型机器人的操作需求。

现有技术中用丝杠螺母进行关节刚度调节，具有摩擦大，调刚系统能耗大；此外，这种基于弧形面的变刚度结构，其刚度曲线具有较强的非线性，且无法在平衡位置附近实现大范围的刚度调节。其刚度值会随着关节载荷的增大而迅速增大，无法实现关节载荷与刚度值的解耦，因此，刚度特性容易受关节载荷的影响。还有用扭簧调刚，这种方式会存在关节刚度线性度较差、高回滞和稳定性差。

发明内容

本发明是为克服现有技术不足，提供一种模块化钢丝绳驱动变刚度关节。该变刚度柔性关节刚度调节范围大，承载能力大，可以满足不同载荷情况下关节刚度的灵活调整。

一种模块化钢丝绳驱动变刚度关节包括关节外壳、主驱动机构、弹性机构和刚度调节机构；

所述弹性机构包括变刚度底盘、直线弹簧模块和杠杆组件；

所述主驱动机构设置在关节外壳内且二者可相对转动，所述弹性机构布置在关节外壳内，变刚度底盘上可转动地偏置有杠杆组件，杠杆组件具有支点滑槽，所述支点滑槽的一端开口，一端封闭，且开口端指向变刚度底盘中心，支点滑槽的两个外壁分别对应顶靠有一个直线弹簧模块，直线弹簧模块可滑动地设置在变刚度底盘上，变刚度底盘由主驱动机构带动相对关节外壳能转动；所述刚度调节机构包括刚度调节驱动器、钢丝绳传动组件、平移滑块、输出端盖和第一凸轮轴承随动器；所述刚度调节驱动器安装在输出外壳上，输出端盖与关节外壳连接，平移滑块由钢丝绳传动组件中的钢丝绳带动相对输出端盖滑动，钢丝绳传动组件的钢丝绳被刚度调节驱动器驱动运动，第一凸轮轴承随动器安装在平移滑块的下表面上，并限位在支点滑槽内能滑动。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明利用二级杠杆放大原理，具有大的刚度调节范围(理论上可实现0到无穷大的变刚度范围)。

关节刚度与关节载荷解耦，其刚度值受关节载荷的影响小，可以保证不同载荷情况下关节刚度的灵活调整。

刚度调节机构采用钢丝绳驱动，布置灵活，结构紧凑，可以在紧凑空间内产生大的力或力矩，采用直线弹簧模块替代扭簧，具有稳定性好，且可滑动地设置，使得关节刚度曲线具备线性度好、低回滞的优点。本发明一方面可以满足协作型机械臂安全交互的需求，另一方面还可以根据不同的操作任务需求，进行实时的刚度调整，可以实现更加广泛的适应性。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的模块化钢丝绳驱动变刚度关节的立体图；

图2为图1的主剖视图；

图3为弹性机构的示意图；