CN106426265A - 一种可变刚度柔顺驱动关节 - Google Patents

一种可变刚度柔顺驱动关节 Download PDF

Info

Publication number
CN106426265A
CN106426265A CN201611022491.5A CN201611022491A CN106426265A CN 106426265 A CN106426265 A CN 106426265A CN 201611022491 A CN201611022491 A CN 201611022491A CN 106426265 A CN106426265 A CN 106426265A
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
motor
fixed
stiffness
flange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611022491.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106426265B (zh
Inventor
王新庆
高娟
刘艳立
罗琳飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN201611022491.5A priority Critical patent/CN106426265B/zh
Publication of CN106426265A publication Critical patent/CN106426265A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106426265B publication Critical patent/CN106426265B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00Joints
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00Joints
    • B25J17/02Wrist joints
    • B25J17/0208Compliance devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可变刚度柔顺驱动关节,包括关节外壳、关节电机和谐波减速器,所述关节电机的电机轴端部连接谐波减速器的波发生器,作为关节的输入;所述的电机轴上安装有刚度调节机构;所述的谐波减速器的钢轮与一个法兰固定,法兰的外圈通过轴承与关节外壳配合,法兰上开有槽,槽与一个弹性件的一端接触,弹性件的另一端固定,通过刚度调节机构调节所述的弹性件可变形长度,从而实现钢轮与关节的柔性连接,所述的谐波减速器的柔轮作为关节的输出。

Description

一种可变刚度柔顺驱动关节
技术领域
本发明公开了一种驱动关节,具体的涉及一种可变刚度柔顺驱动关节。
背景技术
安全性是未来机器人发展的首要考虑因素。未来机器人的发展趋势应当是与人共享同一生活空间,协同工作。目前,机器人主要采用刚性驱动的方式,如图1。通过关节电机34与臂杆刚性耦合,以尽可能提高系统的刚度来获得准确、快速地响应。然而,当人进入到机器人的任务空间并与之发生接触时,高刚度会对人的安全产生威胁。
发明内容
本发明公开了一种关节刚度可变的柔顺机器人关节,该关节通过两个电机驱动,力矩较大的电机作为关节的驱动电机;力矩较小的电机用于改变关节的刚度,关节刚度在一定范围内可调,从而可以适用于不同的接触场合。
本发明采用的技术方案如下:
一种可变刚度柔顺驱动关节,包括关节外壳、关节电机和谐波减速器,所述关节电机的电机轴端部连接谐波减速器的波发生器,作为关节的输入;所述的电机轴上安装有刚度调节机构;所述的谐波减速器的钢轮与一个法兰固定,法兰的外圈通过轴承与关节外壳配合,法兰上开有槽,槽与一个弹性件的一端接触,弹性件的另一端固定,通过刚度调节机构调节所述的弹性件可变形长度,从而实现钢轮与关节的柔性连接,所述的谐波减速器的柔轮作为关节的输出。
进一步的,所述的刚度调节机构包括一个刚度调节电机,所述的刚度调节电机连接一个减速机,所述的减速机的输出端安装一个小齿轮,所述的小齿轮与一个大齿轮啮合,所述的大齿轮套装在一个轴套上,所述的轴套套装在所述电机轴上,且轴套固定不动,所述的大齿轮与一个套装在轴套上的驱动盘固定连接,所述的大齿轮带动驱动盘旋转,在所述的驱动盘的径向面上开有多个滑槽,滑槽的轮廓曲线为等速螺旋线;在每个所述的滑槽内都安装一个轴承,每个轴承与一个滑块配合,每个滑块的另一端与一个导向装置相连;在所述的驱动盘旋转时,带动所述的滑块沿着所述的滑槽移动,所述的滑块与弹簧片滑动接触,实现对弹簧片的变形调节。
进一步的,所述的驱动盘的径向面上开有四个滑槽,且所述的四个滑槽沿驱动盘的圆周方向均匀设置。
进一步的,所述的导向装置为一个花键轴,所述的滑块与所述花键轴上的花键固定连接。
进一步的,所述的花键轴和弹簧片固定在同一个固定块上,所述的固定块固定在所述的轴套上。
进一步的,所述的花键轴一端固定在所述的固定块,另一端卡装在法兰的卡槽内。
本发明的工作过程或者工作原理如下:
刚度调节电机驱动减速器转动,减速器通过轴孔配合驱动小直齿轮同步转动,小直齿轮与大直齿轮啮合,大直齿轮通过螺钉与驱动盘固定驱动驱动盘旋转,驱动盘的外圈通过轴承与关节外壳的内圈配合;驱动盘上开有个滑槽,滑槽转动会通过轴承来驱动滑块运动,滑块与滚珠花键套固联,整体可以在花键轴上沿直线滑动,滑块与弹簧片滑动接触,弹簧片的一端通过螺钉与固定块相连,弹簧片的另一端插入法兰外圈的槽上。法兰的外圈通过轴承与关节外壳构成回转连接,法兰盘与谐波减速器的钢轮相连,实现对钢轮与关节的柔性连接。
本发明的有益效果如下:
1.该关节通过两个电机(关节电机和刚度调节电机)驱动,力矩较大的电机(关节电机)作为关节的驱动电机;力矩较小的电机(刚度调节电机)用于改变关节的刚度,关节刚度在一定范围内可调,从而可以适用于不同的接触场合。
2.可变刚度柔性关节应用于假肢和服务机器人等可以提高机器人的接触安全性以及对未知环境的动态适应性。此外,应用于工业机器人时其柔顺特性除了能够降低意外伤害,也能够完成轴孔配合等刚性机器人难以实现的操作,例如发动机活塞与汽缸壁之间的无划伤装配问题,从而能够拓展工业机器人的应用。
附图说明
图1现有技术中的刚性关节结构图;
图2本发明的整体结构原理图;
图3本发明的内部结构图;
图4、图5、图6、图7、图8为驱动盘的结构图;
图9、图10、图11、图12为法兰盘的结构图;
图13、图14为滑块的结构图;
图中:1关节电机端盖 2电机外壳,3关节外壳,4行星减速器,5小直齿轮,6大直齿轮,7驱动盘,8螺钉,9弹簧片,10固定块,11花键轴,12滚珠花键套,13滚珠花键 14螺钉,15法兰,16钢轮,17波发生器,18轴承,19轴承,20轴承,21滑块,22轴承,23螺钉,24谐波减速器柔轮,25固定轴,26螺钉,27刚度调节电机,28关节电机转子,29关节电机定子,30螺钉,31电机轴,32螺钉,33轴承,34关节电机,35谐波减速器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明:
如图2所示,本发明通过非线性弹性元件连接电机与传动端,当碰撞发生时人体受到的冲击首先来自于传动端的惯量,而来自于电机惯量的冲击被延迟,从而大幅降低对人体的伤害;另一方面这种弹性也能够保护机器人关节,因为弹性的存在给予电机更多的时间减速。
具体的,本发明中的变刚度关节主要包括三部分:关节电机驱动,刚度调节机构以及谐波减速输出。该关节不同于一般刚性关节的结构方式,通过在电机外壳2与谐波减速器的钢轮16之间增加一套刚度调节机构,将刚性驱动变为柔性驱动。
关节的电机驱动及谐波减速输出实施方案:
关节电机34包括电机外壳2、电机定子29、电机转子28和电机轴31,电机定子29与电机外壳2通过紧钉螺钉固定,关节电机转子28带动电机轴31转动,电机轴31通过紧钉螺钉32与波发生器17固定,作为关节的输入;
谐波减速器35包括波发生器7、谐波减速器钢轮16和谐波减速器的柔轮24;谐波减速器钢轮16通过螺钉23与法兰15固定,法兰15的外圈通过轴承20与关节外壳3配合,法兰15上开有槽,槽与弹簧片9的一端接触,弹簧片9的另一端固定,从而实现钢轮与关节的柔性连接,弹簧片9的可变形长度通过刚度调节机构实现。谐波减速器柔轮24作为关节的输出。关节外壳3与电机外壳2通过均布的螺钉30固联。
刚度调节功能实施方案:
刚度调节电机27驱动行星减速器4转动,行星减速器4通过轴孔配合驱动小直齿轮5同步转动,小直齿轮5与大直齿轮6啮合,大直齿轮6通过螺钉8与驱动盘7固定,并通过轴承33套在固定轴25上回转,其中,固定轴25通过螺钉26固定在电机外壳2上。驱动盘7的外圈通过轴承19与关节外壳3的内圈配合。驱动盘7上开有4个滑槽,滑槽的轮廓曲线为等速螺旋线。
滑槽转动会通过轴承22来驱动滑块21运动,滑块21与滚珠花键套12固联,滚珠花键套12与滚珠花键13通过螺钉14相连,整体可以在花键轴11上沿直线滑动,花键轴11的一端通过螺纹与固定块10相连,固定块10通过键连接固定在固定轴25上。
滑块21与弹簧片9滑动接触,弹簧片9的一端通过螺钉与固定块10相连。弹簧片9的另一端插入法兰15外圈的槽上。法兰15的外圈通过轴承18,20与关节外壳3构成回转连接。
可变刚度柔性关节应用于假肢和服务机器人等可以提高机器人的接触安全性以及对未知环境的动态适应性。此外,应用于工业机器人时其柔顺特性除了能够降低意外伤害,也能够完成轴孔配合等刚性机器人难以实现的操作,例如发动机活塞与汽缸壁之间的无划伤装配问题,从而能够拓展工业机器人的应用。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种可变刚度柔顺驱动关节,其特征在于,包括关节外壳、关节电机和谐波减速器,所述关节电机的电机轴端部连接谐波减速器的波发生器,作为关节的输入;所述的电机轴上安装有刚度调节机构;所述的谐波减速器的钢轮与一个法兰固定,法兰的外圈通过轴承与关节外壳配合,法兰上开有槽,槽与一个弹性件的一端接触,弹性件的另一端固定,通过刚度调节机构调节所述的弹性件可变形长度,从而实现钢轮与关节的柔性连接,所述的谐波减速器的柔轮作为关节的输出。
2.如权利要求1所述的可变刚度柔顺驱动关节,其特征在于,所述的刚度调节机构包括一个刚度调节电机,所述的刚度调节电机连接一个减速机,所述的减速机的输出端安装一个小齿轮,所述的小齿轮与一个大齿轮啮合,所述的大齿轮套装在一个轴套上,所述的轴套套装在所述电机轴上,且轴套固定不动,所述的大齿轮与一个套装在轴套上的驱动盘固定连接,所述的大齿轮带动驱动盘旋转,在所述的驱动盘的径向面上开有多个滑槽,滑槽的轮廓曲线为等速螺旋线;在每个所述的滑槽内都安装一个轴承,每个轴承与一个滑块配合,每个滑块的另一端与一个导向装置相连;在所述的驱动盘旋转时,带动所述的滑块沿着所述的滑槽移动,所述的滑块与弹簧片滑动接触,实现对弹簧片的变形调节。
3.如权利要求2所述的可变刚度柔顺驱动关节,其特征在于,所述的驱动盘的径向面上开有四个滑槽,且所述的四个滑槽沿驱动盘的圆周方向均匀设置。
4.如权利要求2所述的可变刚度柔顺驱动关节,其特征在于,所述的导向装置为一个花键轴,所述的滑块与所述花键轴上的花键固定连接。
5.如权利要求4所述的可变刚度柔顺驱动关节,其特征在于,所述的花键轴和弹簧片固定在同一个固定块上,所述的固定块固定在所述的轴套上。
6.如权利要求4所述的可变刚度柔顺驱动关节,其特征在于,所述的花键轴一端固定在所述的固定块,另一端卡装在法兰的卡槽内。
CN201611022491.5A 2016-11-17 2016-11-17 一种可变刚度柔顺驱动关节 Active CN106426265B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611022491.5A CN106426265B (zh) 2016-11-17 2016-11-17 一种可变刚度柔顺驱动关节

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611022491.5A CN106426265B (zh) 2016-11-17 2016-11-17 一种可变刚度柔顺驱动关节

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106426265A true CN106426265A (zh) 2017-02-22
CN106426265B CN106426265B (zh) 2019-04-02

Family

ID=58221236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611022491.5A Active CN106426265B (zh) 2016-11-17 2016-11-17 一种可变刚度柔顺驱动关节

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106426265B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107053245A (zh) * 2017-03-13 2017-08-18 河北工业大学 一种旋转型变刚度柔性关节
CN107662222A (zh) * 2017-11-20 2018-02-06 河北工业大学 一种基于单动力源的可变刚度柔性关节
CN107738268A (zh) * 2017-11-20 2018-02-27 河北工业大学 一种基于杠杆机构的可变刚度柔性关节
CN108000554A (zh) * 2017-11-30 2018-05-08 中国矿业大学 一种基于片簧的可变刚度柔性关节及其控制方法
CN108297127A (zh) * 2018-02-27 2018-07-20 哈尔滨工业大学 一种基于弹性元件的可变刚度被动柔顺关节
CN108608458A (zh) * 2018-07-26 2018-10-02 中国石油大学(华东) 一种串联驱动柔顺机械臂关节
CN108890689A (zh) * 2018-07-27 2018-11-27 北京航天控制仪器研究所 一种柔性机器人变刚度关节
CN108943008A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 北京航天控制仪器研究所 一种手调式机器人变刚度关节
CN112757277A (zh) * 2021-01-07 2021-05-07 之江实验室 一种变刚度柔性关节
CN113414760A (zh) * 2020-07-20 2021-09-21 郑州轻工业大学 变刚度弹性驱动器
CN113524143A (zh) * 2021-06-10 2021-10-22 南京理工大学 一种变刚度膝关节及下肢外骨骼机器人
CN114654496A (zh) * 2022-03-30 2022-06-24 华中科技大学 一种基于渐开线页簧的主动变刚度旋转关节
CN114905541A (zh) * 2022-04-06 2022-08-16 重庆奔腾科技发展有限公司 一种可变刚度机器人关节

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101264603A (zh) * 2008-03-31 2008-09-17 哈尔滨工程大学 基于谐波减速器的机器人关节
JP2009257510A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd フレクスプラインおよび波動歯車装置
CN101596717A (zh) * 2009-06-25 2009-12-09 浙江工业大学 紧凑型智能关节
CN103967693A (zh) * 2014-04-18 2014-08-06 天津大学 基于变刚度谐波齿轮的波浪发电传动装置及其控制方法
CN104175327A (zh) * 2013-05-27 2014-12-03 北京理工大学 一体化柔性旋转关节
CN104669261A (zh) * 2015-02-11 2015-06-03 北京航空航天大学 一种可同步调整位移式变刚度关节驱动器和机器人关节刚度的一种调整方法
CN104985608A (zh) * 2015-06-23 2015-10-21 浙江大学 刚度可调的柔性关节驱动器机构
CN105328711A (zh) * 2015-11-10 2016-02-17 哈尔滨工业大学 一种模块化变刚度关节
CN105599004A (zh) * 2016-03-23 2016-05-25 华南理工大学 一种刚度可调的机器人弹性关节
JP5984606B2 (ja) * 2012-10-04 2016-09-06 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 入力軸受付き波動歯車ユニット
CN206154344U (zh) * 2016-11-17 2017-05-10 中国石油大学(华东) 一种可变刚度柔顺驱动关节

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101264603A (zh) * 2008-03-31 2008-09-17 哈尔滨工程大学 基于谐波减速器的机器人关节
JP2009257510A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd フレクスプラインおよび波動歯車装置
CN101596717A (zh) * 2009-06-25 2009-12-09 浙江工业大学 紧凑型智能关节
JP5984606B2 (ja) * 2012-10-04 2016-09-06 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 入力軸受付き波動歯車ユニット
CN104175327A (zh) * 2013-05-27 2014-12-03 北京理工大学 一体化柔性旋转关节
CN103967693A (zh) * 2014-04-18 2014-08-06 天津大学 基于变刚度谐波齿轮的波浪发电传动装置及其控制方法
CN104669261A (zh) * 2015-02-11 2015-06-03 北京航空航天大学 一种可同步调整位移式变刚度关节驱动器和机器人关节刚度的一种调整方法
CN104985608A (zh) * 2015-06-23 2015-10-21 浙江大学 刚度可调的柔性关节驱动器机构
CN105328711A (zh) * 2015-11-10 2016-02-17 哈尔滨工业大学 一种模块化变刚度关节
CN105599004A (zh) * 2016-03-23 2016-05-25 华南理工大学 一种刚度可调的机器人弹性关节
CN206154344U (zh) * 2016-11-17 2017-05-10 中国石油大学(华东) 一种可变刚度柔顺驱动关节

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107053245A (zh) * 2017-03-13 2017-08-18 河北工业大学 一种旋转型变刚度柔性关节
CN107053245B (zh) * 2017-03-13 2023-06-30 河北工业大学 一种旋转型变刚度柔性关节
CN107662222A (zh) * 2017-11-20 2018-02-06 河北工业大学 一种基于单动力源的可变刚度柔性关节
CN107738268A (zh) * 2017-11-20 2018-02-27 河北工业大学 一种基于杠杆机构的可变刚度柔性关节
CN107662222B (zh) * 2017-11-20 2023-05-23 河北工业大学 一种基于单动力源的可变刚度柔性关节
CN107738268B (zh) * 2017-11-20 2023-05-23 河北工业大学 一种基于杠杆机构的可变刚度柔性关节
CN108000554B (zh) * 2017-11-30 2021-07-06 中国矿业大学 一种基于片簧的可变刚度柔性关节及其控制方法
CN108000554A (zh) * 2017-11-30 2018-05-08 中国矿业大学 一种基于片簧的可变刚度柔性关节及其控制方法
CN108297127A (zh) * 2018-02-27 2018-07-20 哈尔滨工业大学 一种基于弹性元件的可变刚度被动柔顺关节
CN108608458A (zh) * 2018-07-26 2018-10-02 中国石油大学(华东) 一种串联驱动柔顺机械臂关节
CN108608458B (zh) * 2018-07-26 2021-07-06 中国石油大学(华东) 一种串联驱动柔顺机械臂关节
CN108943008A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 北京航天控制仪器研究所 一种手调式机器人变刚度关节
CN108890689A (zh) * 2018-07-27 2018-11-27 北京航天控制仪器研究所 一种柔性机器人变刚度关节
CN113414760A (zh) * 2020-07-20 2021-09-21 郑州轻工业大学 变刚度弹性驱动器
CN113414760B (zh) * 2020-07-20 2022-03-01 郑州轻工业大学 变刚度弹性驱动器
CN112757277A (zh) * 2021-01-07 2021-05-07 之江实验室 一种变刚度柔性关节
CN113524143A (zh) * 2021-06-10 2021-10-22 南京理工大学 一种变刚度膝关节及下肢外骨骼机器人
CN113524143B (zh) * 2021-06-10 2022-07-19 南京理工大学 一种变刚度膝关节及下肢外骨骼机器人
CN114654496A (zh) * 2022-03-30 2022-06-24 华中科技大学 一种基于渐开线页簧的主动变刚度旋转关节
CN114654496B (zh) * 2022-03-30 2023-08-25 华中科技大学 一种基于渐开线页簧的主动变刚度旋转关节
CN114905541A (zh) * 2022-04-06 2022-08-16 重庆奔腾科技发展有限公司 一种可变刚度机器人关节
CN114905541B (zh) * 2022-04-06 2024-03-22 重庆奔腾科技发展有限公司 一种可变刚度机器人关节

Also Published As

Publication number Publication date
CN106426265B (zh) 2019-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106426265A (zh) 一种可变刚度柔顺驱动关节
JP2715340B2 (ja) 駆動系統を接続する装置
US20030085628A1 (en) Electric rotating machine
CN204076277U (zh) 一种机器人关节
CN106239554A (zh) 一种可变刚度的传导机构以及机器人关节
CN110858743B (zh) 减速装置及机电设备
CN111005988A (zh) 一种具有力感知功能的谐波减速器
Terada The Development of gearless reducers with rolling balls
EP3447886B1 (en) Inverted harmonic gear actuator
US20190092386A1 (en) Synchronous steering vehicle body
JP6596897B2 (ja) モータ駆動装置
CN206154344U (zh) 一种可变刚度柔顺驱动关节
CN107355524A (zh) 一种微分差动减速器
WO2016175188A1 (ja) 遊星ローラ駆動型内接式遊星歯車減速装置
CN203285622U (zh) 内具偏置发电机的外回转式发电装置
ATE416101T1 (de) Elektrischer radnabenmotor
CN209444758U (zh) 一种直驱式谐波减速器传动装置
CN105965499A (zh) 一种水平多关节机器人手腕旋转轴的传动装置
CN202199399U (zh) 高速离心机
JP7080339B2 (ja) 減速機
CN208337332U (zh) 一种双轴驱动谐波减速电机
RU185563U1 (ru) Электромеханический привод
KR20110095618A (ko) 하이포 사이클로이드 타입 웜 감속기
CN207448196U (zh) 一种防振动抛光磨头
CN111633685A (zh) 一种机械手并联关节

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant