[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

说明书

本发明涉及仿生机构技术领域，更具体地，涉及一种变刚度装置及其变刚度方法及刚度模型的建模方法，变刚度装置包括定平台、动平台，所述定平台与动平台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，所述动平台、柔性构件、定平台通过驱动机构顺次传动连接。本发明通过对人体骨肌系统的仿生，动态模拟调节人工肌肉的刚度，实现模仿人体手臂刚度可调的控制。

技术领域

本发明涉及仿生机构技术领域，更具体地，涉及一种变刚度装置及其变刚度方法及刚度模型的建模方法。

背景技术

目前，为了降低仿人臂本体重量和惯量，提升柔顺性能和高速运动性能，绳驱动技术被越来越多的学者应用于仿人臂研究领域中。该技术实现方式是将驱动电机、减速器置放于基座上，通过绳索驱动关节运动，减轻仿人臂执行环节的重量。但由于绳索的柔性和单向受力特性，其刚度变化范围有限，绳索在高刚度状态下人机交互时并不具备安全性和柔顺性，在低刚度状态下位置控制精度差且响应速度慢。

现有技术公开了一种刚度可调绳索驱动的仿生并联机器人，包括动平台、定平台、固定在动平台与定平台之间的支撑弹簧、直线轴承、平面轴承和驱动绳索。支撑弹簧下端固定在定平台上，上端通过平面轴承与动平台相连。支撑弹簧内部设有上脊柱、万向节和下脊柱，直线轴承固定在动平台上，并与上脊柱上端相连，上脊柱下端连接万向节上端，万向节下端连接下脊柱上端，下脊柱下端固定在定平台上，驱动绳索一端固定在动平台上，另一端穿过定平台作为驱动端。该仿生并联机器人具有刚度可调、运动学分析计算直观、动作柔顺等特点。

但上述方案中的刚度变化区间非线性集中等缺陷，不利于研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变刚度装置及其变刚度方法及刚度模型的建模方法，能够通过对人体骨肌系统的仿生，动态模拟调节人工肌肉的刚度，实现模仿人体手臂刚度可调的控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种刚度可变的仿生机构，包括定平台、动平台，所述定平台与动平台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，所述动平台、柔性构件、定平台通过驱动机构顺次传动连接。

优选地，所述定平台包括第一平台段与所述第一平台段连接的第一支撑段，所述动平台包括第二平台段与所述第二平台段连接的第二支撑段，所述第一支撑段与第二支撑段相铰接；所述驱动机构包括驱动件、第一柔性绳、第二柔性绳，所述第二平台段与柔性构件的位移部通过第二柔性绳连接，所述第一柔性绳的一端与柔性构件的固定部连接，另一端穿过所述第一平台段后与驱动件连接。

优选地，所述定平台与动平台之间通过铰接支撑机构连接；所述驱动机构包括连接于所述定平台端部的第一滑轮、连接于所述动平台端部的第二滑轮、还包括驱动件，所述第二滑轮与柔性构件的位移部传动连接，所述柔性构件的固定部、第一滑轮、驱动件顺次传动连接。

优选地，所述柔性构件包括连接座、若干正刚度单元和负刚度单元，所述正刚度单元、负刚度单元均与连接座连接，所述负刚度单元上连接有连接件，所述连接件通过驱动机构与动平台连接；所述连接座通过驱动机构与定平台连接。

本发明还提供一种变刚度装置的变刚度方法，所述驱动机构包括驱动件、第一柔性绳、第二柔性绳，所述变刚度方法包括如下步骤：

S1.将所述动平台的两端与柔性构件的位移部通过所述第二柔性绳连接，并将所述柔性构件的固定部、定平台的两端、以及所述驱动件通过所述第一柔性绳顺次连接；

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

其中，步骤S2包括如下步骤：

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