[发明专利]球窝式两自由度变刚度机器人关节

说明书

本发明涉及机器人领域，具体地说是一种球窝式两自由度变刚度机器人关节，包括球窝机构、支撑架、底座和底座驱动机构，球窝机构设于所述支撑架中，所述球窝机构设有动力杆和轴线十字相交的两个转轴，且所述动力杆由所述支撑架上侧伸出，每个转轴的轴端穿过所述支撑架对应侧的侧板，在所述支撑架外侧，在每个转轴的轴端均设有凸轮，在所述支撑架下端外侧设有导向法兰，且所述导向法兰的每一侧均设有可升降的顶柱与对应侧的凸轮相抵，所述顶柱另一端通过弹簧与所述底座相连，且所述底座通过所述底座驱动机构驱动移动。本发明具有主动刚度调节和被动刚度调节两个特性，并且利用非线性刚度变化在转角较小的情况下实现大载荷的承载。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地说是一种球窝式两自由度变刚度机器人关节。

背景技术

机器人技术经过半个世纪的发展已经日益成熟，并且已经在人类的生产和生活中得到广泛应用，而且机器人不再局限于封闭的结构化环境下代替人类完成工业生产，而是逐渐从封闭作业空间中解放出来，进入非结构化环境与人共融并协同作业，因此机器人与人类的接触越来越密切，而提高人机交互安全性成为未来机器人设计的首要因素。

未来的机器人在本质上应是安全的，与它们互动不应该比一个有意识的人有更大的风险，这就要求未来的机器应具有与人类相似的尺寸、速度、强度和柔顺性等特征，而人体最灵活的是人体关节，人体关节的运动形成了人的整体运动，而现在传统的机器人关节几乎都是刚性关节，其柔顺性等方面还难以满足人机共融要求，当由这些刚性关节组成的刚性机械臂在工作时一般都需要与人隔离开来，以防对人类造成伤害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球窝式两自由度变刚度机器人关节，具有主动刚度调节和被动刚度调节两个特性，并且能够在转角较小的情况下实现大载荷的承载，保证机器人在跳跃或发生碰撞时的能量缓冲。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种球窝式两自由度变刚度机器人关节，包括球窝机构、支撑座、底座和底座驱动机构，球窝机构设于所述支撑座中，所述球窝机构设有动力杆和轴线十字相交的两个转轴，且所述动力杆由所述支撑座上侧伸出，每个转轴的轴端穿过所述支撑座对应侧的侧板，在所述支撑座外侧，在每个转轴的轴端均设有凸轮盘，在所述支撑座下端外侧设有导向法兰，且所述导向法兰的每一侧均设有可升降的顶柱与对应侧的凸轮盘相抵，所述顶柱另一端通过弹簧与所述底座相连，且所述底座通过所述底座驱动机构驱动移动。

所述球窝机构包括圆球、第一限位半环和第二限位半环，所述圆球上设有动力杆以及轴线十字相交的第一转轴和第二转轴，且所述动力杆与所述第一转轴和第二转轴所在平面垂直，第一限位半环和第二限位半环设于所述圆球远离所述动力杆头端一侧，且所述第一限位半环安装于所述第一转轴上，第二限位半环安装于所述第二转轴上，并且所述第二限位半环设于第一限位半环与圆球之间，在所述第一限位半环上设有第一限位槽，在所述第二限位半环上设有第二限位槽，且所述动力杆末端穿过所述圆球后依次穿过第二限位槽和第一限位槽。

在所述动力杆末端设有第一限位圆台和第二限位圆台，其中第一限位圆台与所述第一限位半环相切，第二限位圆台与所述第二限位半环相切。

所述底座驱动机构包括驱动装置、丝杠和丝母，所述丝杠通过所述驱动装置驱动旋转，所述底座上固设有丝母套装于所述丝杠上。

所述底座上设有导向柱，且所述导向柱穿过所述支撑座下端的导向法兰。

所述导向法兰的每一侧均设有套筒，所述顶柱在对应侧的套筒内移动。

所述顶柱上设有滚轮与对应侧的凸轮盘弧面相抵。

所述支撑座上侧设有供所述动力杆穿过的通孔，且所述通孔呈十字型。

所述支撑座外侧设有外壳，在所述外壳上端设有供所述动力杆穿过的外壳通孔，且所述外壳通孔面积大于所述支撑座上侧的十字型通孔。