[发明专利]一种基于气缸的变刚度关节系统

权利要求书

1.基于气缸的变刚度关节系统，其特征在于，包括气缸支承盘(1)、上位气缸(2)、支承盘连接杆(3)、下位气缸(4)、下位线性位移传感器(5)、传动主轴(6)、手臂连接块(7)、齿条支承盘(8)、上位线性位移传感器(9)、上位比例阀(10)、气源(11)、计算机(12)、下位比例阀(13)、上位传感器连接块(14)、上位传感器连接底座(15)、上位齿条(16)、传动齿轮(17)、下位齿条(18)、下位传感器连接底座(19)、下位传感器连接块(20)、下位气缸连接块(21)、下位直线导轨(22)、下位气缸连接底座(23)、上位气缸连接块(24)、上位直线导轨(25)、上位气缸连接底座(26)、电机(27)、控制器还有电机驱动器；

所述基于气缸的变刚度关节系统中，气缸支承盘(1)装有上位气缸(2)及下位气缸(4)，气缸支承盘(1)与电机(27)相连，齿条支承盘(8)装有传动齿轮(17)、上位齿条(16)及下位齿条(18)，齿条支承盘(8)与上位气缸(2)及下位气缸(4)相连，手臂连接块(7)装有机械手臂，手臂连接块(7)与传动主轴(6)相连，其中气缸支承盘(1)﹑齿条支承盘(8)以及手臂连接块(7)三者之间依次相连；

气缸支承盘(1)的内侧通过轴承与传动主轴(6)相连，并且与同向摆布的上位气缸(2)及下位气缸(4)固定连接；上位气缸(2)及下位气缸(4)经过受计算机(12)控制的上位比例阀(10)及下位比例阀(13)与气源(11)相连，以控制内部的气压来改变关节的刚度；气缸支承盘(1)的外侧通过法兰与电机(27)的主轴固定连接，电机(27)受计算机(12)控制，能够驱动关节转动；

齿条支承盘(8)的内侧与上位直线导轨(25)及下位直线导轨(22)固定连接；上位传感器连接底座(15)和上位气缸连接底座(26)安装在上位直线导轨(25)上，并与上位齿条(16)固定连接；下位传感器连接底座(19)和下位气缸连接底座(23)安装在下位直线导轨(22)上，并与下位齿条(18)固定连接；上位齿条(16)与上位气缸(2)之间通过上位气缸连接块(24)固定连接；下位齿条(18)与下位气缸(4)之间通过下位气缸连接块(21)固定连接；上位齿条(16)及下位齿条(18)与气缸支承盘(1)同轴转动，上位齿条(16)及下位齿条(18)之间仅有气缸轴向上的相对位移；传动主轴(6)与传动齿轮(17)固定连接，传动主轴(6)的转动会使传动齿轮(17)转动，进而使上位齿条(16)及下位齿条(18)产生平动，并使上位气缸(2)的活塞及下位气缸(4)的活塞产生平动，但不会使气缸支承盘(1)转动；齿条支承盘(8)的外侧与上位线性位移传感器(9)及下位线性位移传感器(5)固定连接；上位线性位移传感器(9)与上位齿条(16)之间通过上位传感器连接块(14)固定连接；上位线性位移传感器(9)检测上位气缸(2)的活塞的位移；下位线性位移传感器(5)及下位齿条(18)之间通过下位传感器连接块(20)固定连接；下位线性位移传感器(5)检测下位气缸(4)的活塞的位移；支承盘连接杆(3)同时与气缸支承盘(1)及齿条支承盘(8)固定连接；

手臂连接块(7)与传动主轴(6)固定连接；手臂连接块(7)与不同的机械手臂通过法兰固定连接，并且根据使用场景的需要任意更换机械手臂；外界负载经过机械手臂传导至传动主轴(6)，再经过传动主轴(6)传导至传动齿轮(17)，最后经传动齿轮(17)传导至上位齿条(16) 及下位齿条(18)，经上位气缸连接块(24)及下位气缸连接块(21)驱动上位气缸(2)的活塞及下位气缸(4)的活塞运动；由于气缸内充满气体，气压在活塞上产生的压力阻止活塞运动，并且气压通过比例阀调节，实现关节刚度的实时控制；

电源与电机(27)、上位比例阀(10)及下位比例阀(13)相连。

2.根据权利要求1所述的基于气缸的变刚度关节系统，其特征在于，所述的气缸支承盘(1)、支承盘连接杆(3)、手臂连接块(7)、齿条支承盘(8)、上位传感器连接块(14)、上位传感器连接底座(15)、下位传感器连接底座(19)、下位传感器连接块(20)、下位气缸连接块(21)、下位气缸连接底座(23)、上位气缸连接块(24)和上位气缸连接底座(26)的尺寸及材料均通过调整，以满足关节整体直径及轻量化的要求。