[发明专利]一种变刚度装置及其变刚度方法及刚度模型的建模方法

权利要求书

1.一种变刚度装置，其特征在于，包括定平台(1)、动平台(2)，所述定平台(1)与动平台(2)转动连接构成关节支架，所述关节支架的两侧均设有柔性构件(3)，所述动平台(2)、柔性构件(3)、定平台(1)通过驱动机构(4)顺次传动连接；所述柔性构件(3)包括连接座(31)、若干正刚度单元(32)和负刚度单元(33)，所述正刚度单元(32)、负刚度单元(33)均与连接座(31)连接，所述负刚度单元(33)上连接有连接件(34)，所述连接件(34)通过驱动机构(4)与动平台(2)连接；所述连接座(31)通过驱动机构(4)与定平台(1)连接；其中：

所述定平台(1)包括第一平台段(11)与所述第一平台段(11)连接的第一支撑段(12)，所述动平台(2)包括第二平台段(21)与所述第二平台段(21)连接的第二支撑段(22)，所述第一支撑段(12)与第二支撑段(22)相铰接；所述驱动机构(4)包括驱动件(43)、第一柔性绳(44)、第二柔性绳(45)，所述第二平台段(21)与柔性构件(3)的位移部通过第二柔性绳(45)连接，所述第一柔性绳(44)的一端与柔性构件(3)的固定部连接，另一端穿过所述第一平台段(11)后与驱动件(43)连接；

或者，所述定平台(1)与动平台(2)之间通过铰接支撑机构(5)连接；所述驱动机构(4)包括连接于所述定平台(1)端部的第一滑轮(41)、连接于所述动平台(2)端部的第二滑轮(42)、还包括驱动件(43)，所述第二滑轮(42)与柔性构件(3)的位移部传动连接，所述柔性构件(3)的固定部、第一滑轮(41)、驱动件(43)顺次传动连接。

2.一种应用于权利要求1所述的变刚度装置的变刚度方法，其特征在于，所述驱动机构(4)包括驱动件(43)、第一柔性绳(44)、第二柔性绳(45)，所述变刚度方法包括如下步骤：

S1.将所述动平台(2)的两端与柔性构件(3)的位移部通过所述第二柔性绳(45)连接，并将所述柔性构件(3)的固定部、定平台(1)的两端、以及所述驱动件(43)通过所述第一柔性绳(44)顺次连接；

S2.所述驱动件(43)输出动力并拉动所述第一柔性绳(44)、第二柔性绳(45)，使所述柔性构件(3)的位移部相对于固定部产生相对位移，实现所述柔性构件(3)的刚度变化；

其中，步骤S2包括如下步骤：

S21.刚度调节：控制所述驱动件(43)向位于所述关节支架两侧的柔性构件(3)输出相同的动力，使所述动平台(2)与定平台(1)之间的相对位置保持不变；

S22.第一层级刚度调控：令所述关节支架保持固定位姿，并动态调节所述驱动件(43)，实现固定位姿下的柔性构件(3)的刚度变化调节；

S23.第二层级刚度调控：动态调节所述驱动件(43)，所述驱动件(43)向位于所述关节支架两侧的柔性构件(3)输出不同的动力，使所述动平台(2)围绕所述定平台(1)顺时针或逆时针转动，实现所述关节支架位姿的改变。

3.一种应用于权利要求1所述的变刚度装置的刚度模型建模方法，其特征在于，位于所述关节支架第一侧的驱动机构(4)构成第一驱动部，位于所述关节支架第二侧的驱动机构(4)构成第二驱动部；所述验证方法包括如下步骤：

S1.对所述关节支架进行几何分析，得到所述定平台(1)、动平台(2)、第一驱动部、第二驱动部之间的相对位置坐标；

S2.根据所述相对位置坐标，以及其与所述定平台(1)、动平台(2)之间的转动角度关系，分别得到所述第一驱动部、第二驱动部的位姿以及活动长度的表达；

S3.根据所述定平台(1)与动平台(2)的转动，以及所述第一、第二驱动部位姿和活动长度表达构建结构矩阵；

S4.通过对所述结构矩阵进行平衡静力学求解，得到刚度模型。