[发明专利]一种转轴刚度调节装置及其应用

说明书

本发明公开了一种转轴刚度调节装置及其应用。该转轴刚度调节装置包括可调刚度弹簧机构、支点变位机构和刚度传递组件。可调刚度弹簧机构包括导轨、滑移板、杠杆、固定架、支点变位块、支点轴、弹簧、弹簧安装块和阻尼施加壳体。固定架上固定有导轨；导轨上滑动连接有滑移板。杠杆的一端与滑移板转动连接。支点变位块与固定架构成滑动副。支点变位块由支点变位机构驱动进行滑动。杆上开设有滑槽。支点变位块上固定有支点轴。支点轴穿过杠杆上的滑槽。本发明通过调节杠杆上的支点位置，实现了转轴转动刚度的动态调节。此外，其能够直接安装在各类转动关节的转轴上，而不需要对转动关节进行改造，使用十分便捷。

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种转轴刚度调节装置及其应用。

背景技术

现代机器人要在未知和复杂的条件下工作，必须要满足各种具有挑战性的要求。其中一个要求是机器人要具有承受冲击的高水平鲁棒性和以安全方式进行物理交互的能力。实现这一目标的一个方式是将可变刚度执行器集成到机器人系统中，通过弹性部件实现兼容行为，并提供阻抗的额外适应性。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种新颖的线性可调刚度弹簧机构，采用差动弹性布置，并把它应用在机器人的脊柱旋转关节。该机构对于机器人的整体工作空间和实现动态运行等节能的自然运动至关重要。

第一方面，本发明提供一种转轴刚度调节装置，其包括可调刚度弹簧机构、支点变位机构和刚度传递组件。可调刚度弹簧机构包括导轨、滑移板、杠杆、固定架、支点变位块、支点轴、弹簧、弹簧安装块和阻尼施加壳体。固定架上固定有导轨；导轨上滑动连接有滑移板。杠杆的一端与滑移板转动连接。支点变位块与固定架构成滑动副。支点变位块由支点变位机构驱动进行滑动。

所述的杠杆上开设有滑槽。支点变位块上固定有支点轴。支点轴穿过杠杆上的滑槽。随着支点变位块滑动，支点轴能够在杠杆的滑槽内滑动。固定架上固定有相对设置的两个弹簧安装块；阻尼施加壳体设置在两个弹簧安装块之间。两根弹簧的一端与两个弹簧安装块的相对端分别固定。两根弹簧的另一端与阻尼施加壳体的两侧分别固定。杠杆远离滑移板的端部伸入到阻尼施加壳体内；杠杆摆动时带动阻尼施加壳体在两根弹簧之间移动。滑移板与被调节刚度的转轴通过刚度传递组件传动连接。

作为优选，所述的可调刚度弹簧机构还包括导轨安装架和变刚度弹簧安装架。导轨安装架和变刚度弹簧安装架均固定在固定架上。导轨安装架位于变刚度弹簧安装架的一端。两组导轨均固定在导轨安装架上，且相对设置；两组导轨上均滑动连接有滑块；两块滑移板与两个滑块分别固定，且相互正对设置。杠杆的一端位于两块滑移板之间，并与两块滑移板同轴铰接。支点变位块与变刚度弹簧安装架构成滑动副。

作为优选，所述支点变位块的滑动方向与滑移板的滑动方向相互垂直。

作为优选，所述的阻尼施加壳体包括两块围板和两个弹簧连接板。两块围板和两个弹簧连接板合围成方形框架状。弹簧安装块与对应的弹簧连接板的相对侧面设置有用于连接弹簧的安装柱。弹簧的两端分别套置在对应的两个安装柱上。

作为优选，所述的阻尼施加壳体与变刚度弹簧安装架构成滑动副，且其滑动方向平行于滑移板的滑动方向。

作为优选，所述的支点变位机构包括输出带轮、同步带、输入轴、输入带轮、电机安装架、带轮安装台、调整电机、螺母和螺杆。螺杆转动连接在固定架上。螺母固定在支点变位块上；螺杆与螺母构成螺旋副。带轮安装台固定在固定架上。输出带轮固定在螺杆的端部；输入带轮转动连接在带轮安装台上。调整电机通过电机安装架固定在固定架上。调整电机的输入轴与输入带轮固定。输入带轮与输出带轮之间通过同步带连接。

作为优选，所述的刚度传递组件包括直齿条和传动齿轮。直齿条与其中一块滑移板固定；传动齿轮与被调节刚度的转轴连接。传动齿轮与直齿条啮合。