[发明专利]可变力矩输出装置和机器人

说明书

一种可变力矩输出装置和机器人，可变力矩输出装置包括外壳组件、输出轴、圆柱凸轮和弹性件，输出轴穿设于外壳组件并与外壳组件转动连接，圆柱凸轮套设在输出轴上，且圆柱凸轮与输出轴周向固定，弹性件的一端与外壳组件连接，弹性件的另一端与圆柱凸轮滑动连接；当输出轴带动圆柱凸轮转动时，弹性件相对圆柱凸轮移动，弹性件的弹性势能发生周期性变化，以使输出轴的输出力矩在弹性件的弹性势能增大时减小，在弹性件的弹性势能减少时增大。通过设置圆柱凸轮和弹性件，圆柱凸轮与输出轴周向固定，在输出轴带动圆柱凸轮转动的过程中，弹性件沿着圆柱凸轮的定制轮廓移动并发生周期性的形变，从而使得输出轴在不同角度的位置分别能精确输出所需的力矩。

技术领域

本发明属于机械工业领域，尤其涉及一种可变力矩输出装置和具有该可变力矩输出装置的机器人。

背景技术

现有电机最优工况下输出扭矩会有一个最优值，特定细分下，经过减速器或电机直接输出轴一周范围内其扭矩是不变的。有些场合比如机器人关节等有自身重力的影响，对电机的输出力矩在每个角度的要求是不一样的，即输出端连接的构件的受力情况会随旋转角度的变化而变化。如果每个角度都按照最大力矩来算，会造成能量冗余，不仅能耗高，同时整体重量会增加。

现有技术采用的基本都是直接通过弹簧蓄能，其力矩变化单一线性，只能够解决部分重力补偿，不能满足在特定角度下的精确力矩输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变力矩输出装置，能够在不同角度的位置分别能精确输出所需的力矩。

为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种可变力矩输出装置，可变力矩输出装置包括外壳组件、输出轴、圆柱凸轮和弹性件，所述输出轴穿设于所述外壳组件并与所述外壳组件转动连接，所述圆柱凸轮套设在所述输出轴上，且所述圆柱凸轮与所述输出轴周向固定，所述弹性件的一端与所述外壳组件连接，所述弹性件的另一端与所述圆柱凸轮滑动连接；当所述输出轴带动所述圆柱凸轮转动时，所述弹性件相对所述圆柱凸轮移动，所述弹性件的弹性势能发生周期性变化，以使所述输出轴的输出力矩在所述弹性件的弹性势能增大时减小，在所述弹性件的弹性势能减少时增大。

一种实施方式中，所述圆柱凸轮包括第一端面，所述第一端面具有预设的轮廓部，所述轮廓部呈凹凸不平的结构，所述弹性件沿所述轮廓部相对所述圆柱凸轮移动。

一种实施方式中，所述轮廓部包括曲线轮廓和/或曲线凹槽。

一种实施方式中，所述弹性件包括依次连接的第一连接部、固定部和第二连接部，所述第一连接部远离所述固定部的一端与所述第一端面连接，所述固定部与所述外壳组件转动连接，所述第二连接部与所述外壳组件抵接。

一种实施方式中，所述外壳组件包括外壳本体和固定件，所述固定件与所述外壳本体连接，所述固定部绕设在所述固定件的外周并与所述固定件转动连接。

一种实施方式中，所述外壳组件还包括调节件，所述调节件与所述外壳本体连接，所述调节件位于所述第二连接部背向所述第一连接部的一侧，并与所述第二连接部抵接，所述调节件用于调节所述第二连接部与所述第一端面的距离。

一种实施方式中，所述外壳本体朝向所述第一端面的表面开设有安装槽，所述弹性件的固定部和第二连接部均容置于所述安装槽，所述安装槽的侧壁开设有第一通孔，所述固定件容置于所述第一通孔，所述固定件的至少部分位于所述安装槽内。

一种实施方式中，所述可变力矩输出装置还包括滚动件，所述滚动件与所述弹性件连接，且所述滚动件与所述第一端面滚动抵持。

一种实施方式中，所述可变力矩输出装置还包括电机本体，所述电机本体与所述输出轴连接，所述电机本体用于驱动所述输出轴转动，所述第一端面为所述圆柱凸轮背向所述电机本体的表面。