[发明专利]一种紧凑型可变刚度串联弹性驱动关节

摘要

本发明公开了一种紧凑型可变刚度串联弹性驱动关节，包括大臂部件、驱动部件、小臂部件、刚度调节部件和角度传感器，本发明将蜗轮与绕线轮通过安装键与螺栓固定在一起，并引入蜗轮蜗杆传动，减少了齿轮减速器的使用，使关节尺寸更小，结构更紧凑，达到小型化设计的目的；本发明可实现双向柔性，且关节刚度为K＝4kR2，其中K是关节刚度，k为单个弹簧刚度，R为绕线轮钢丝槽半径，关节刚度可精确计算。使用两组弹簧，比使用一组弹簧时对弹簧刚度要求低，能减小弹簧并进一步减小关节尺寸，弹簧布置于绕线轮两侧，有益于内外侧力平衡。

主权项

1.一种紧凑型可变刚度串联弹性驱动关节，其特征在于，关节包括大臂部件、驱动部件、小臂部件、刚度调节部件和角度传感器；大臂部件包括大臂固定件、大臂内侧件、大臂外侧件和蜗杆轴承座，大臂内侧件和大臂外侧件分别固定在大臂固定件内、外侧，蜗杆轴承座固定在大臂固定件伸出臂上，且蜗杆轴承座内安装有轴承，驱动部件包括电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、绕线轮、第一轴承、第二轴承、轴、轴套、钢丝绳、压线铝卡头和键，电机固定在大臂固定件上，蜗杆一端通过联轴器连接在电机的输出轴上，另一端置于蜗杆轴承座内，蜗轮与蜗杆啮合，绕线轮固定在蜗轮上，并随蜗轮一同转动，绕线轮上设有安装键、固定孔、阶梯孔、钢丝孔与钢丝槽,钢丝绳共有四根，各根钢丝绳一端固定于阶梯孔中，穿过钢丝孔，缠绕在钢丝槽内；第一轴承安装于大臂内侧件与大臂外侧件孔间；轴垂直安装于大臂内侧件与大臂外侧件间，通过键与绕线轮连接，并随绕线轮同步转动；第二轴承安装在轴两端；轴套套在轴一端并安装在第二轴承与绕线轮之间，对绕线轮进行轴向定位；小臂部件包括小臂内侧件、小臂固定件和小臂外侧件；小臂内侧件和小臂外侧件分别固定于小臂固定件内、外侧；小臂内侧件和小臂外侧件分别套在内、外两个第二轴承外圈，并嵌在内、外两个第一轴承内圈，并与轴与大臂部件形成转动副；小臂固定件上设有四个安装阶梯孔，以安装刚度调节部件，钢丝绳穿过安装阶梯孔与刚度调节部件连接；角度传感器安装在小臂外侧件上，并与轴一端连接；刚度调节部件包括弹簧、刚度调节件、预压螺母和活节螺栓；刚度调节件上加工有与弹簧节距相等的螺旋槽，且加工有刻度，用以精确调节弹簧有效工作圈数；预压螺母加工有凸台，并安装在刚度调节件孔内，且可相对刚度调节件转动，预压螺母内加工有内螺纹，调节相对活节螺栓的轴向位置，进而调节弹簧预压力；钢丝绳穿过活节螺母一头的孔，并通过压线铝卡头压紧固定。