[发明专利]一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节

说明书

本发明公开了一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，解决了柔性关节刚度调节机构复杂、体积臃肿的问题，其技术方案要点是包括关节电机和可调刚度机构，所述的可调刚度机构包括刚度调节电机、驱动轴、刚度调节机构、弹性件和关节输出端，所述的关节电机设有用于容置所述驱动轴的贯通轴和用于输出关节电机力矩的电机输出端，所述刚度调节电机固定设于关节电机尾部外壳上，所述刚度调节机构设于关节输出端和电机输出端之间，所述驱动轴两端分别固定连接所述刚度调节电机和刚度调节机构，所述驱动轴与关节电机同轴，所述弹性件连接刚度调节机构和关节输出端，达到了充分利用关节电机的贯通轴来减小可变刚度柔性关节径向尺寸的目的。

技术领域

本发明涉及机器人柔性关节领域，尤其涉及一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节。

背景技术

同传统柔性关节相比，可变刚度柔性关节可以通过一定的控制策略实现机器人在不同工作状态下关节刚度的变化，这与人类肌肉具有相似的特征，即在普通工作状态下保持较高的刚度，在发生碰撞时能够产生一定的柔顺性，缓解碰撞冲击，防止对接触物造成进一步的伤害。另外，弹性元件的引入使得碰撞时关节可以存储能量，在一定程度上提高了能量的利用效率，因此，可变刚度柔性关节的引入，使得机器人在保证关节运动性能的同时兼具了环境安全性，在当前机械行业“工业4.0”和“中国制造2025”的大背景下，具有广阔的应用背景和重要研究意义。

专利号为201721547542.6的发明专利公开了一种基于杠杆机构的可变刚度柔性关节，包括用于提供驱动关节运动所需动力的关节驱动端、刚度调节机构和用于带动关节负载运动的关节输出端；所述刚度调节机构两端分别与关节驱动端和关节输出端刚性连接，所述关节输出端与关节负载相连接，且关节输出端安装有输出编码器；所述关节驱动端包括关节支架、谐波减速器和安装有编码器的关节驱动电机。其刚度调节电机设于关节电机的输出端，这样不仅要求刚度调节电机尺寸较小，同时增加了刚度调节机构的轴向尺寸，不利于关节电机的安装。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，包括关节电机和可调刚度机构，所述的可调刚度机构包括刚度调节电机、刚度调节机构、弹性件和关节输出端；所述关节电机设有贯通轴；所述刚度调节电机与关节电机连接；所述刚度调节电机的驱动轴与刚度调节机构固定连接；所述刚度调节机构与关节电机的输出端连接；所述弹性件的一端与刚度调节机构连接，另一端与关节输出端连接。

进一步地，所述关节电机与刚度调节电机同轴布置；所述关节电机的贯通轴用于放置刚度调节电机的驱动轴。

进一步地，所述弹性件为弹簧或簧片。

进一步地，所述关节电机的输出端与关节输出端同轴布置。

进一步地，所述关节输出端对应设置有关节输出端约束机构，用于保证关节输出端绕轴心转动。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，具有如下有益效果：

1、采用本发明的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，减小了可变刚度柔性关节的径向尺寸，不仅可以让可变刚度柔性关节与普通一体化关节可以共用安装面，进而实现互换，而且有利于可变刚度柔性关节的模块化设计和使用；

2、采用本发明的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，充分拓展利用了关节电机的中空轴，最大限度的节省了安装空间，包括可变刚度柔性关节的安装空间和刚度调节电机的安装空间。

3、采用本发明的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，通过调整关节电机和刚度调节电机的外形尺寸，可以在不增加额外空间的条件下，使可变刚度柔性关节的外观更趋近一个成熟的一体化产品，而不是两个功能模块的堆叠。