[发明专利]一种柔性主-被动变刚度关节

说明书

本发明公开一种柔性主‑被动变刚度关节，该关节包括步进电机、电机安装座、第一固定板、微型直齿轮组、外壳体、第二固定板、输出盘、输出板、中心轴、第一压块、第一板簧、第一侧板、第一滑块、第一微型轴承、丝杠滑块、第一轴套、第二轴套、第二压块、第二板簧、第二滑块、第二微型轴承、第三轴套、第二侧板、第二微型轴组、第一微型轴组、螺母；该关节中通过实现板簧挠度变化与支撑点的变化，输出柔性驱动力矩，实现关节的主‑被动变刚度功能，提高了人机交互时人体的安全性。板簧采用对称设计，提高关节输出扭矩，增大刚度变化范围，同时关节采用丝杠螺母和微型齿轮组减速形式对轴向力进行放大，结构紧凑，减小了电机的功率需求。

技术领域

本发明涉及机器人关节技术领域，特别涉及一种柔性主-被动变刚度关节。

背景技术

随着科技的快速发展，传统的刚性机器人设计已经不能满足人机交互方面的需求。目前服务医疗机器人兴起，在人机交互领域，安全约束是机器人与人类互动的重要方面。随着机器人向着柔性方向的不断创新发展，传统刚性机器人运动缓慢且动力不足，已经不能满足实际应用情况；在机器人领域、柔性装配、定载荷组装领域，柔性对相互作用力较为敏感以及高精度力矩传感器的应用存在成本高、控制系统实时性要求高的缺点。

申请号为201510715690.3的专利公开了一种结构简单、可以在运动过程中实现实时调节的变刚度关节，主要包括外壳、轴、外圈、弹簧片、滑动块、凸轮盘、驱动电机，该机构虽然能够实现刚度变化，但是关节实现柔性变形的角度的角度较小，结构相对较为复杂，在实现关节较大范围的角度旋转时不能够满足条件，基于上述原因，设计一种结构简单、控制灵活、能够适应关节较大角度旋转的变刚度结构有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种柔性主-被动变刚度关节。该关节能用于旋转型关节机器人，其结构简单，刚度调节范围大，易控制，小巧，能够适应大角度的旋转。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种柔性主-被动变刚度关节，其特征在于，该关节包括步进电机、电机安装座、第一固定板、微型直齿轮组、外壳体、第二固定板、输出盘、输出板、中心轴、第一压块、第一板簧、第一侧板、第一滑块、第一微型轴承、方形丝杠滑块、第一轴套、第二轴套、第二压块、第二板簧、第二滑块、第二微型轴承、第三轴套、第二侧板、第二微型轴组、第一微型轴组、螺母；

所述步进电机通过电机安装座安装在第一固定板上，步进电机输出端连接微型直齿轮组的一端，微型直齿轮组的另一端连接中心轴；第一固定板与第二固定板的外周端面之间通过两片相对安装的圆弧形的外壳体连接；第一微型轴组、方形丝杠滑块、第二微型轴组从上到下依次均匀安装在平行设置的第一侧板、第二侧板之间；方形丝杠滑块通过中心轴安装在第一固定板与第二固定板之间，第一侧板和第二侧板与中心轴垂直而不相交，且第一侧板和第二侧板均比外壳体的高度要高；

第一微型轴组与第二微型轴组均包含两根轴，第一板簧的中部设置在第一微型轴组的两根轴之间，第二板簧的中部设置在第二微型轴组的两根轴之间，第一板簧和第二板簧的结构相同，两根轴之间的距离为板簧的厚度；第一板簧的一端设置在第二固定板的一侧上，其另一端通过第一压块固定在第一固定板的一侧上；第二板簧的一端设置在第二固定板的另一侧上，其另一端通过第二压块固定在第一固定板的另一侧上；

微型直齿轮组包括固定在中心轴上的从动齿轮、安装在第一固定板外侧面上的传动齿轮和固定在步进电机输出端上的主动齿轮，主动齿轮与传动齿轮啮合，传动齿轮与从动齿轮啮合；