[发明专利]一种柔性执行器、工作方法及机器人

说明书

本发明公开了一种柔性执行器、工作方法及机器人，解决了现有技术中控制算法复杂、调刚和工作角度范围有限、机构摩擦大、调刚响应慢和机械扰动大等问题，具有控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度，控制加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量，实现柔性执行器不同刚度的调节的有益效果，具体方案如下：一种柔性执行器，包括动力输入轴，多个电磁离合器同轴串联安装于动力输入轴，每一电磁离合器的止推板和电磁离合器传动架之间设置有弯曲弹性件，弯曲弹性件安装于传动架的套筒上并同传动架的挡板接触，弯曲弹性件通过传动架与电磁离合器的离合器输出齿轮连接，传动架与离合器输出齿轮固连并同轴转动。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种柔性执行器、工作方法及机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着机器人技术的不断发展，机器人不仅应用于传统的工业制造、生产装配等领域，也拓展至教育服务、医疗康复、动力外骨骼等人机交互领域，由于传统的机器人对精度要求较高，具有较高的刚性、更快的系统响应和高带宽，这一特性决定了其无法有效的缓冲冲击和减震，这在人机交互中会导致严重的伤害，在人机交互过程中需要提高机器人的安全性和柔顺性，提高机器人安全性和柔顺性的方法分为软件部分和硬件部分，软件部分通过响应的控制算法，如力/位复合控制，在一定程度上提高了机器人的柔顺性，但是，其外部传感器系统和控制算法较为复杂，传感器受环境影响，稳定性差。硬件方面，通过对机器人硬件的开发，例如，可变刚度执行器(VSA)，通过物理调节机器人输出刚度，通过调节变刚度机构的输出刚度，可以适应执行器在不同应用中的刚度需求，实时改变人机交互过程中机器人的交互刚度，实现缓冲和柔顺控制，当发生碰撞和较大的突变交互力时，降低机器人输出刚度，反之则输出较大的刚度，实现安全的柔顺交互的同时，保证机器人的控制精度。现有的变刚度执行器变刚度原理可分为四类：

1、更改弹性元件接入系统的平衡位置变刚度；

2、改变传动杠杆的比率变刚度；

3、变弹性元件的预紧力变刚度；

4、利用双弹性元件的拮抗作用变刚度。

尽管以上变刚度方法和对应的驱动执行器具有诸多优点，但是，发明人发现，现有的变刚度执行器存在一些问题，如变刚度范围有限，还存在控制算法复杂、机构复杂导致耦合干扰、刚度调节机构摩擦较大、关节旋转角度较小、变刚度响应速度较慢和刚度调节时机械扰动较大等问题，阻碍了其进一步的推广和应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种控制算法简单、变刚度范围大、结构简单、关节旋转角更广、刚度调节响应速度快且在连续变刚度时无机械扰动的柔性执行器，通过高低电平信号，控制加入柔性执行器的弹性元件的数量来调节柔性执行器输出的刚度，控制方式简单，而加入柔性执行器的弹性元件的刚度不同，柔性执行器的刚度调节理论上的范围可以从无穷小至无穷大，具有广泛的刚度调节范围，通过同轴安装摩擦盘传递扭矩的方法，降低了执行器连续调节刚度时的机械扰动，增加了系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种柔性执行器，包括动力输入轴，多个电磁离合器同轴串联安装于动力输入轴，每一电磁离合器的止推板和电磁离合器传动架之间设置有弯曲弹性件，弯曲弹性件安装于传动架的套筒上并同传动架的挡板接触，弯曲弹性件通过传动架与电磁离合器的离合器输出齿轮连接，传动架与离合器输出齿轮固连并同轴转动。

上述的柔性执行器，动力输入轴用于输入扭矩，扭矩通过离合器输出齿轮传递给传动架，再经过同弯曲弹性件接触的止推板传递出去，通过电磁离合器电磁线圈的通电状态变化，控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度，通过多个电磁离合通电状态的不同组合，控制加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量，实现柔性执行器不同刚度的调节。