CN106272555B - 一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件 - Google Patents

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Abstract

一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，以解决现有抑制机器人振动采用主动或半主动减振方法，存在可靠性差、体积大，构造复杂的问题。本发明的外圈刚体与内圈刚体同轴设置，两个柔性体和两个扇形刚片均设置在外圈刚体与内圈刚体之间，两个扇形刚片对称设置在内圈刚体的左右端，且每个扇形刚片的内径与内圈刚体固接，两个柔性体对称设置在内圈刚体的上下端，且每个凸凹曲线刚片的凸起侧边缘与内圈刚体固接，每个凸凹曲线刚片的凹坑侧边缘与外圈刚体固接，每个扇形槽中设置一块扇形金属连接板，每个扇形金属连接板与扇形刚片之间设置一块扇形橡胶板，扇形金属连接板与外圈刚体通过连接元件连接。本发明用于柔性机器人关节上。

Description

一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件
技术领域
本发明涉及一种柔性机器人关节用弹性元件，具体涉及一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，属于机器人领域。
背景技术
为了满足柔性生产技术的要求，越来越多的制造企业采用半自动化的人机协作生产模式。这种生产模式需要操作工人与机器人协同工作。为了保证操作工人的安全，采用串联弹性驱动器的柔性机器人不断问世。通过在机器人关节减速器输出端串联弹簧、扭簧等柔性元件，减小了机器人的输出阻抗，提高了机器人的安全性。但是，机器人关节柔性的提高，使机器人运作时产生振动，从而大大降低了机器人位置控制的精确性。为了抑制机器人振动，可采用主动、半主动和被动三种减振方法。主动振动控制是利用控制算法减小振动，可靠性差。半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂。
发明内容
本发明为解决现有抑制机器人振动采用主动或半主动减振方法，存在可靠性差、体积大，构造复杂的问题，而提出一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件。
本发明的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，所述弹性元件包括圆形金属本体、四块扇形橡胶板和四块扇形金属连接板，圆形金属本体由内圈刚体、外圈刚体、两个柔性体和两个扇形刚片组成，每个柔性体由两个凸凹曲线刚片组成，两个凸凹曲线刚片以竖直中心线对称设置，外圈刚体与内圈刚体同轴设置，两个柔性体和两个扇形刚片均设置在外圈刚体与内圈刚体之间，两个扇形刚片对称设置在内圈刚体的左右端，且每个扇形刚片的内径与内圈刚体固接，两个柔性体对称设置在内圈刚体的上下端，且每个凸凹曲线刚片的凸起侧边缘与内圈刚体固接，每个凸凹曲线刚片的凹坑侧边缘与外圈刚体固接，外圈刚体的每侧端面上设置有两个扇形槽，两个扇形槽与两个扇形刚片一一对应，每个扇形槽中设置一块扇形金属连接板，每个扇形金属连接板与扇形刚片之间设置一块扇形橡胶板，扇形金属连接板与外圈刚体通过连接元件连接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明在圆形金属本体中设计了扇形橡胶板，利用其阻尼特性来减小振动。使得本发明具有了完全被动减振功能。本发明具有较大的输出力矩，能够驱动大负载。本发明的结构简单，工作可靠，是理想的振动控制方案。
二、将柔性体设计成凸凹曲线刚片，使柔性体受力时产生期望的弹性变形，起到增加柔性的作用，同时采用对称设计，使柔性体产生正向和反向变形时具有同样的刚度。
三、本发明的整体结构为盘状结构，使得本发明的体积小、重量轻，实现紧凑化、集成化、模块化结构设计。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图；
图2是本发明的整体结构立体图；
图3是本发明的整体结构分解图；
图4是圆形金属本体1的立体图；
图5是圆形金属本体1的主视图；
图6是柔性体1-3的主视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式包括圆形金属本体1、四块扇形橡胶板2和四块扇形金属连接板3，圆形金属本体1由内圈刚体1-1、外圈刚体1-2、两个柔性体1-3和两个扇形刚片1-4组成，每个柔性体1-3由两个凸凹曲线刚片1-3-1组成，两个凸凹曲线刚片1-3-1以竖直中心线N-N对称设置，外圈刚体1-2与内圈刚体1-1同轴设置，两个柔性体1-3和两个扇形刚片1-4均设置在外圈刚体1-2与内圈刚体1-1之间，两个扇形刚片1-4对称设置在内圈刚体1-1的左右端，且每个扇形刚片1-4的内径与内圈刚体1-1固接，两个柔性体1-3对称设置在内圈刚体1-1的上下端，且每个凸凹曲线刚片1-3-1的凸起侧边缘与内圈刚体1-1固接，每个凸凹曲线刚片1-3-1的凹坑侧边缘与外圈刚体1-2固接，外圈刚体1-2的每侧端面上设置有两个扇形槽1-2-1，两个扇形槽1-2-1与两个扇形刚片1-4一一对应，每个扇形槽1-2-1中设置一块扇形金属连接板3，每个扇形金属连接板3与扇形刚片1-4之间设置一块扇形橡胶板2，扇形金属连接板3与外圈刚体1-2通过连接元件连接。柔性体1-3在弹性元件动力传递过程中起到柔性变形的作用，同时柔性体1-3将内圈刚体1-1和外圈刚体1-2连接为一个整体。
具体实施方式二：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的内圈刚体1-1、外圈刚体1-2、两个柔性体1-3和两个扇形刚片1-4制成一体。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的内圈刚体1-1上设有多个内圈连接通孔1-1-1。多个内圈连接通孔1-1-1用于连接电机输出轴。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式的多个通孔1-1-1沿同一圆周均布设置。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式的扇形刚片1-4沿圆形金属本体1的半径方向由内向外逐渐变薄。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的每块扇形橡胶板2沿圆形金属本体1的半径方向由内向外逐渐变厚。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图5说明本实施方式，本实施方式的外圈刚体1-2上设有多个外圈连接通孔1-2-2，多个外圈连接通孔1-2-2用于与机器人关节负载端相连。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图5说明本实施方式，本实施方式的两个扇形槽1-2-1之间的多个外圈连接通孔1-2-2沿同一圆周均布设置。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图3说明本实施方式，本实施方式的扇形橡胶板2与扇形刚片1-4采用胶黏剂粘接在一起。其它组成及连接关系与具体实施方式七或八相同。
本发明的工作原理：在机器人关节中，电机输出的动力经减速器传到弹性元件的内圈刚体1-1上，内圈刚体1-1是弹性元件的动力输入端口。动力传递到内圈刚体1-1后，经两路传递到外圈刚体1-2上。第一路是经过柔性体1-3传递到外圈刚体1-2上；第二路是经过扇形刚片1-4、扇形橡胶板2、扇形金属连接板3传递到外圈刚体1-2上，由于柔性体1-3和扇形橡胶板2的弹性作用，整个弹性元件在动力传递过程中会产生弹性变形，赋予机器人柔性特性。由于扇形橡胶板2具有粘弹性阻尼作用，在动力传递的过程中会损耗掉部分能量，实现了弹性元件被动减振功能。

Claims (9)

1.一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：所述弹性元件包括圆形金属本体(1)、四块扇形橡胶板(2)和四块扇形金属连接板(3)，圆形金属本体(1)由内圈刚体(1-1)、外圈刚体(1-2)、两个柔性体(1-3)和两个扇形刚片(1-4)组成，每个柔性体(1-3)由两个凸凹曲线刚片(1-3-1)组成，两个凸凹曲线刚片(1-3-1)以竖直中心线(N-N)对称设置，外圈刚体(1-2)与内圈刚体(1-1)同轴设置，两个柔性体(1-3)和两个扇形刚片(1-4)均设置在外圈刚体(1-2)与内圈刚体(1-1)之间，两个扇形刚片(1-4)对称设置在内圈刚体(1-1)的左右端，且每个扇形刚片(1-4)的内径与内圈刚体(1-1)固接，两个柔性体(1-3)对称设置在内圈刚体(1-1)的上下端，且每个凸凹曲线刚片(1-3-1)的凸起侧边缘与内圈刚体(1-1)固接，每个凸凹曲线刚片(1-3-1)的凹坑侧边缘与外圈刚体(1-2)固接，外圈刚体(1-2)的每侧端面上设置有两个扇形槽(1-2-1)，两个扇形槽(1-2-1)与两个扇形刚片(1-4)一一对应，每个扇形槽(1-2-1)中设置一块扇形金属连接板(3)，每个扇形金属连接板(3)与扇形刚片(1-4)之间设置一块扇形橡胶板(2)，扇形金属连接板(3)与外圈刚体(1-2)通过连接元件连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：内圈刚体(1-1)、外圈刚体(1-2)、两个柔性体(1-3)和两个扇形刚片(1-4)制成一体。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：所述内圈刚体(1-1)上设有多个内圈连接通孔(1-1-1)。
4.根据权利要求3所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：多个通孔(1-1-1)沿同一圆周均布设置。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：所述扇形刚片(1-4)沿圆形金属本体(1)的半径方向由内向外逐渐变薄。
6.根据权利要求5所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：每块扇形橡胶板(2)沿圆形金属本体(1)的半径方向由内向外逐渐变厚。
7.根据权利要求6所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：所述外圈刚体(1-2)上设有多个外圈连接通孔(1-2-2)。
8.根据权利要求7所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：两个扇形槽(1-2-1)之间的多个外圈连接通孔(1-2-2)沿同一圆周均布设置。
9.根据权利要求7或8所述的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，其特征在于：扇形橡胶板(2)与扇形刚片(1-4)采用胶黏剂粘接在一起。
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