[发明专利]一种含有差动轮系的主动变刚度关节

说明书

本发明提供了一种含有差动轮系的主动变刚度关节，其包括壳体、输入控制端和变刚度调节组件，壳体包括固定的第一壳体和活动的第二壳体，第二壳体转动设置于第一壳体上，输入控制端用于驱动第二壳体围绕其回转中心进行转动，其包括输入转轴和导向架，导向架设置于输入转轴上并与输入转轴同步转动，变刚度调节组件用于根据第二壳体的实际需要调节关节的刚度值。本发明具有刚度调节范围大、能耗低、结构紧凑、稳定性强、摩擦小等优点。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种含有差动轮系的主动变刚度关节。

背景技术

近年来，随着人机交互领域的发展和应用，机器人的安全性越来越受到重视。与刚性机器人相比，柔性机器人具有许多优点，如增加安全性、增强抗冲击性、提高能量利用率等。柔性关节执行器作为柔性机器人本体的核心结构部件，不但是使机器人完成各种灵活动作的动力源，也是保证人机交互安全性的可控关键结构点，已被广泛应用于各种机器人应用中。

但当柔性关节刚度较低时，纯柔性会导致机器人轨迹跟踪精度较低，信号响应时间较长。在这种情况下，可变刚度关节被提出，以最大限度地发挥柔性单元的优势，并扩大其应用范围。主动变刚度关节是指一个关节使用两个电机驱动，可以实现独立或者分别地调节关节刚度和输出位置，克服了被动变刚度关节刚度不可调节的缺点，这也是真正意义上的“可变刚度柔性”关节。

目前主动变刚度关节的结构形式主要有拮抗型、弹簧型、摩擦片型、变传输型和混合型五种，其大多存在结构复杂、体积大、稳定性差及刚度线性控制难的问题，例如中国专利CN201610847050.2公开了一种刚度连续可调的机器人柔性关节，其通过压缩浮动弹簧的预压缩量实现刚度可调，虽能够实现刚度连续可调，但其结构庞大，平衡位置也有能量损失，能量利用率较低。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种含有差动轮系的主动变刚度关节，具有刚度调节范围大、能耗低、结构紧凑、稳定性强、摩擦小等优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种含有差动轮系的主动变刚度关节，其包括壳体、输入控制端和变刚度调节组件，壳体包括固定的第一壳体和活动的第二壳体，第二壳体转动设置于第一壳体上，输入控制端用于驱动第二壳体围绕其回转中心进行转动，其包括输入转轴和导向架，导向架设置于输入转轴上并与输入转轴同步转动，变刚度调节组件用于根据第二壳体的实际需要调节关节的刚度值，其包括：

载圈，其上设有内齿圈，载圏能够围绕输入转轴进行旋转；

太阳轮，其固定设置于输入转轴上；

第一行星轮，其分别与内齿圈、太阳轮相啮合；

直线导轨，其设置于导向架上；

第一滑块，其滑动设置于直线导轨上；

枢轴，其设置于第一滑块上；

杠杆，杠杆的中部形成有滑槽，枢轴设置于滑槽中并且杠杆相对枢轴滑动的同时能够围绕枢轴进行转动，杠杆的一端设有随动件，杠杆的另一端设有与第二壳体相连接的输出连接件；

弹簧座，其设置于导向架上；

弹簧，其设置于弹簧座上，其中弹簧与随动件相连接并且弹簧对转动的杠杆提供反向作用力；

第一摇臂，第一摇臂的一端与第一行星轮的回转轴相铰接，第一摇臂的另一端与第一滑块相铰接；

其中第一行星轮与太阳轮之间所进行的差速转动，能够带动第一摇臂摆动并驱动第一滑块滑动，改变枢轴与随动件的相对位置并实现刚度的改变。

进一步的，枢轴与随动件的相对位置发生改变，对应的，杠杆作用于弹簧的有效距离发生改变，因此整体的刚度发生改变。

作为本发明的另一种具体实施方案，变刚度调节组件进一步包括：