[发明专利]一种具有缓冲功能的多级可调式机器人变刚度关节

说明书

本发明涉及一种具有缓冲功能的多级可调式机器人变刚度关节,包括输入装置和输出装置，所述的输入装置包括输入盘组件以及驱动输入盘组件转动的输入电机，所述的输入盘组件包括平行设置的连接盘与输入盘，所述的输入电机固定在底座上且输入电机通过减速器与连接盘相固定；所述的输出装置包括垂直于输入盘设置的输出杆以及平行于输入盘设置的输出盘，所述输入盘的上表面还设有与输出杆相连且用以调节输出杆输出刚度的刚度调节装置。本发明可进行多个输出刚度级别的选择，在正常情况下可以以高刚度来进行精确定位和动作执行，并可对关节输出过程中的超载、碰撞和机器人摔倒等情况进行缓冲减震，同时关节位置和关节的刚度调节相互独立，互不影响。

技术领域

本发明涉及一种具有缓冲功能的多级可调式机器人变刚度关节。

背景技术

传统的工业机器人主要适应于结构化生产的环境中，为了适应高效率的重复性生产工作，保证机构的精确定位和跟踪，一般都具有比较高的刚度。随着机器人技术的不断发展，如康复机器人、行走机器人、家庭服务机器人等机器人越来越多，人机交互的安全性以及机器人的环境适应性受到更加广泛的关注。柔性机器人也成为未来机器人发展的一种趋势。在柔性机器人设计过程中，柔性关节的驱动的成熟度是一项能够体现机械结构拟人化的重要指标，可变刚度柔性关节作为柔性驱动的重要组成部分，其结构和功能的提高决定了机器人运动的柔性，增加了其环境适应性。

变刚度关节是一种具有自带柔顺性的机器人关节结构，主要实现关节运动过程刚度调节的功能，扩大了人机接触的场合。可变刚度关节机械结构主要由两种实现方式：一种是由线性弹簧和非线性机械装置组成，一种是由非线性弹性元件和普通机械装置组成。两种组合方式都可以实现输入位移和输出力或者力矩的非线性变化。根据关节刚度和位置的控制方式，又分为串联结构和并联结构：在串联结构中，刚度与位置分别由两电机独立控制，两者运动解耦；在并联结构中，刚度和位置控制由两个电机共同控制，两者运动耦合。

中国专利CN104440936B提出了一种可变刚度的机器人关节，该装置通过采用输入输出关节盘之间的摩擦片来实现力矩的传导，当输出端正常受力时，保持为定刚度；当输出端超载或者碰撞时，摩擦由静摩擦变成动摩擦，实现了刚度的变化并减缓了一定的冲击。但是该发明不能实现刚度的有效范围调节，不能主动地改变关节运动过程中的刚度。随着变刚度次数的增加，摩擦片的磨损不断增加，使得装置效果减弱并影响装置使用寿命的局限性。

中国专利CN105108771B提出了一种可变刚度机器人关节结构，该装置使用弹簧片作为刚度调节部件和传力部件，通过涡轮蜗杆和行星轮系来进行传动，使得弹簧片作用于输出端的有效长度改变，从而使得输出刚度变化。该发明传动结构复杂，虽然精度一定程度上可以保证，但是关节体积过大，安装空间有限。使用弹簧片作为刚度调节元件，而弹簧片本身就是变刚度元件，所以刚度的变化控制精度低，不能实现刚度多级调节，降低了装置的环境适应性，同时采用差动轮系作为输出过渡端，耗能比较大，稳定性也有待提高。

综上，目前的变刚度关节结构设计普遍存在关节体积质量大，刚度调节范围有限，控制复杂，输出力小，无缓冲减震装置等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有缓冲功能的多级可调式机器人变刚度关节，该多级可调式机器人变刚度关节可进行多个刚度级别的选择，在正常情况下可以以高刚度来进行精确定位和动作执行，并可对关节输出过程中的超载、碰撞和机器人摔倒等情况进行缓冲减震，同时关节位置和关节的刚度调节相互独立，互不影响。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括输入装置和输出装置，所述的输入装置包括输入盘组件以及驱动输入盘组件转动的输入电机，所述的输入盘组件包括平行设置的连接盘与输入盘，所述的连接盘与输入盘之间通过连接架相连成一体，所述的输入电机固定在底座上且输入电机通过减速器与连接盘相固定；