CN107939906A - 一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件 - Google Patents

一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件 Download PDF

Info

Publication number
CN107939906A
CN107939906A CN201711185460.6A CN201711185460A CN107939906A CN 107939906 A CN107939906 A CN 107939906A CN 201711185460 A CN201711185460 A CN 201711185460A CN 107939906 A CN107939906 A CN 107939906A
Authority
CN
China
Prior art keywords
inner ring
basic body
outer ring
baffle
rubber
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.)
Pending
Application number
CN201711185460.6A
Other languages
English (en)
Inventor
赵杰
王继龙
张赫
臧希喆
樊继壮
刘玉斌
刘刚峰
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.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
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 Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201711185460.6A priority Critical patent/CN107939906A/zh
Publication of CN107939906A publication Critical patent/CN107939906A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/08—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with rubber springs ; with springs made of rubber and metal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，它涉及一种被动减振弹性元件。本发明为了解决现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。本发明的内圈基本体(2)同轴内嵌到外圈基本体(1)内，轴承(5)安装在内圈基本体(2)上，多个金属橡胶片(3)内嵌到外圈基本体(1)和内圈基本体(2)围合区域的密封空间内，挡板(4)安装在外圈基本体(1)上。本发明用于柔性机器人关节的关节驱动，兼具被动减振的作用。

Description

一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件
技术领域
本发明涉及一种旋转型减振弹性元件，具体涉及一种用于柔性机器人关节上的使用金属橡胶材料的被动减振弹性元件，属于机器人领域。
背景技术
随着机器人应用领域不断拓展，越来越多的机器人走出隔离间，工作在有人类存在的环境中，这对机器人运行的安全性提出了很高要求。为了保证人类的安全，采用串联弹性驱动器的柔性机器人不断问世。通过在机器人关节的电机减速器输出端和负载之间串联扭簧等柔性元件，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。哈尔滨工业大学机器人研究所曾设计一款被动减振的弹性元件，该元件采用普通橡胶作为阻尼减振材料，结构简单，但橡胶材料本身性质不稳定，易氧化，在周期载荷作用下工作寿命有限，因此，需要寻找更合适的阻尼减振材料替代普通橡胶。
综上所述，现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有抑制柔性机器人振动采用主动振动控制存在可靠性差的问题；采用半主动振动控制存在需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂的问题；采用普通橡胶材料做成的被动减振弹性元件存在性质不稳定、寿命有限的问题。进而提供一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件。
本发明的技术方案是：一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，它包括外圈基本体、内圈基本体、挡板、轴承和多个金属橡胶片，内圈基本体同轴内嵌到外圈基本体内，轴承安装在内圈基本体上，多个金属橡胶片内嵌到外圈基本体和内圈基本体围合区域的密封空间内，挡板安装在外圈基本体上，且挡板将多个金属橡胶片、内圈基本体和轴承均包围在外圈基本体内。
进一步地，外圈基本体包括外圈和外圈挡板，外圈为圆环形外圈，外圈的圈体沿其自身的轴线方向开设多个连接孔，外圈挡板呈环形阵列的方式固定安装在外圈的内侧壁上。
进一步地，外圈和外圈挡板制成一体。
进一步地，内圈基本体包括内圈、内圈底板和多个内圈挡板，内圈固定安装在内圈底板的中心，多个内圈挡板环形阵列安装在内圈底板上，且多个内圈挡板位于内圈的外侧。
进一步地，外圈挡板与内圈挡板交错布置。
进一步地，内圈、内圈底板和多个内圈挡板制成一体。
进一步地，外圈基本体、内圈基本体、挡板、轴承和多个金属橡胶片的轴线重合。
进一步地，挡板的周边有若干通孔，挡板通过螺栓连接在外圈基本体上，同时该螺栓组将弹性元件与机器人负载端相连。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明首次采用金属橡胶材料制作弹性元件用于机器人关节中，由于采用金属橡胶，本发明的弹性元件能产生10°以上的弹性变形，赋予机器人关节更大的柔性。
2、本发明的金属橡胶材料是典型的阻尼减振材料，与普通橡胶相比，其利用金属丝间的摩擦产生阻尼，阻尼特性更大，减振效果更好，且其物理性质更稳定，使用寿命更长。同时作为被动减振方案，使得本发明结构简单，工作可靠，是理想的振动控制方案。
3、本发明的金属橡胶具有非线性刚度特性，采用本发明的机器人关节能实现更大的力矩输出范围和刚度调节范围。
4、本发明具有较大的输出力矩，能实现几十Nm到几百Nm的扭矩输出,能够驱动大负载。
附图说明
图1是本发明的弹性元件装配图剖面视图；图2为弹性元件的爆炸示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，它包括外圈基本体1、内圈基本体2、挡板4、轴承5和多个金属橡胶片3，内圈基本体2同轴内嵌到外圈基本体1内，轴承5安装在内圈基本体2上，多个金属橡胶片3内嵌到外圈基本体1和内圈基本体2围合区域的密封空间内，挡板4安装在外圈基本体1上，且挡板4将多个金属橡胶片3、内圈基本体2和轴承5均包围在外圈基本体1内。
具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈基本体1包括外圈1-1和外圈挡板1-2，外圈1-1为圆环形外圈，外圈1-1的圈体沿其自身的轴线方向开设多个连接孔1-3，外圈挡板1-2呈环形阵列的方式固定安装在外圈1-1的内侧壁上。如此设置，结构简单，便于为内圈基本体2提供支撑连接。其它组成和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至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈1-1和外圈挡板1-2制成一体。如此设置，便于生产制造，节约生产和制造成本以及生产周期。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的内圈基本体2包括内圈2-1、内圈底板2-2和多个内圈挡板2-3，内圈2-1固定安装在内圈底板2-2的中心，多个内圈挡板2-3环形阵列安装在内圈底板2-2上，且多个内圈挡板2-3位于内圈2-1的外侧。如此设置，结构简单，内圈2-1便于放置轴承5，内圈挡板2-3和外圈挡板1-2便于为金属橡胶片3提供单独的空间布置。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈挡板1-2与内圈挡板2-3交错布置。如此设置，有效防止外圈挡板1-2与内圈挡板2-3干涉。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
本实施方式的轴承5坐落于内圈2-1和挡板4之间，用于保证内圈基本体2和外圈基本体1同轴度。
具体实施方式六：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的内圈2-1、内圈底板2-2和多个内圈挡板2-3制成一体。如此设置，结构简单，便于生产制造。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的外圈基本体1、内圈基本体2、挡板4、轴承5和多个金属橡胶片3的轴线重合。如此设置，便于保证柔性机器人的使用精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的挡板4的周边有若干通孔4-1，挡板4通过螺栓连接在外圈基本体1上，同时该螺栓组将弹性元件与机器人负载端相连。如此设置，连接更加简单、方便、灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
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底板2-2上，内圈底板2-2螺纹孔是弹性元件的动力输入端口。动力传递到内圈底板2-2后，经由内圈挡板2-3、金属橡胶片3、外圈挡板1-2传递到外圈1-1上，最后作用到负载。由于金属橡胶片产生较大的变形，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。由于金属橡胶片3中的金属丝在传递动力过程中处于压缩状态，且金属丝间产生摩擦，引入阻尼，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 (8)

1.一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：它包括外圈基本体(1)、内圈基本体(2)、挡板(4)、轴承(5)和多个金属橡胶片(3)，内圈基本体(2)同轴内嵌到外圈基本体(1)内，轴承(5)安装在内圈基本体(2)上，多个金属橡胶片(3)内嵌到外圈基本体(1)和内圈基本体(2)围合区域的密封空间内，挡板(4)安装在外圈基本体(1)上，且挡板(4)将多个金属橡胶片(3)、内圈基本体(2)和轴承(5)均包围在外圈基本体(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：外圈基本体(1)包括外圈(1-1)和外圈挡板(1-2)，外圈(1-1)为圆环形外圈，外圈(1-1)的圈体沿其自身的轴线方向开设多个连接孔(1-3)，外圈挡板(1-2)呈环形阵列的方式固定安装在外圈(1-1)的内侧壁上。
3.根据权利要求2所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：外圈(1-1)和外圈挡板(1-2)制成一体。
4.根据权利要求3所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：内圈基本体(2)包括内圈(2-1)、内圈底板(2-2)和多个内圈挡板(2-3)，内圈(2-1)位于内圈底板(2-2)的中心，多个内圈挡板(2-3)环形阵列在内圈底板(2-2)上，且多个内圈挡板(2-3)位于内圈(2-1)的外侧。
5.根据权利要求4所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：外圈挡板(1-2)与内圈挡板(2-3)交错布置。
6.根据权利要求5所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：内圈(2-1)、内圈底板(2-2)和多个内圈挡板(2-3)制成一体。
7.根据权利要求6所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：外圈基本体(1)、内圈基本体(2)、挡板(4)、轴承(5)和多个金属橡胶片(3)的轴线重合。
8.根据权利要求7所述的一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，其特征在于：挡板(4)的周边有若干通孔(4-1)，挡板(4)通过螺栓连接在外圈基本体(1)上，同时该螺栓组将弹性元件与机器人负载端相连。
CN201711185460.6A 2017-11-23 2017-11-23 一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件 Pending CN107939906A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711185460.6A CN107939906A (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711185460.6A CN107939906A (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107939906A true CN107939906A (zh) 2018-04-20

Family

ID=61930172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711185460.6A Pending CN107939906A (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107939906A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2213566A1 (en) * 2007-10-22 2010-08-04 Yoichiro Hamamoto Rotation transmission mechanism for human power vehicle and human power vehicle and bicycle with the same
JP2011012688A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Yoichiro Hamamoto 回転伝動機構
CN103438115A (zh) * 2013-04-23 2013-12-11 四川大学 智能联轴器
CN105003593A (zh) * 2015-07-17 2015-10-28 厦门理工学院 一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器
CN105952843A (zh) * 2016-06-27 2016-09-21 株洲时代新材料科技股份有限公司 提高金属橡胶关节减振可靠性的方法及金属橡胶关节组件
CN106272555A (zh) * 2016-09-05 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2213566A1 (en) * 2007-10-22 2010-08-04 Yoichiro Hamamoto Rotation transmission mechanism for human power vehicle and human power vehicle and bicycle with the same
JP2011012688A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Yoichiro Hamamoto 回転伝動機構
CN103438115A (zh) * 2013-04-23 2013-12-11 四川大学 智能联轴器
CN105003593A (zh) * 2015-07-17 2015-10-28 厦门理工学院 一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器
CN105952843A (zh) * 2016-06-27 2016-09-21 株洲时代新材料科技股份有限公司 提高金属橡胶关节减振可靠性的方法及金属橡胶关节组件
CN106272555A (zh) * 2016-09-05 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴成军: "《工程振动与控制》", 31 March 2008, 西安交通大学出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103836101A (zh) 柔性关节的平面扭簧
US4391436A (en) Resilient mounting
CN107671875A (zh) 柔性机器人关节上能测力矩的紧凑型金属橡胶弹性元件
US20140045600A1 (en) Planar torsion spring for robot joint
CN208759605U (zh) 机电一体化被动柔顺控制机器人关节
CN101346567A (zh) 用于内燃机的牵引工具传动机构
CN106239554A (zh) 一种可变刚度的传导机构以及机器人关节
CN107989960A (zh) 用于柔性机器人关节的能测量力矩的金属橡胶弹性元件
CN106678274A (zh) 一种基于压电堆的轴系纵向振动吸振器
CN104443445A (zh) 一种阻尼管支架式减振适配器
EP2462363B1 (en) Isolator useful for in-line mounting with a strut
CN202628935U (zh) 一种发动机曲轴减震器
CN107939906A (zh) 一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件
CN103758918A (zh) 主动控制式发动机液压悬置
CN213918288U (zh) 执行器及包含其的机器人
CN101949423A (zh) 粘弹性阻尼抗扭隔减振装置
CN104675920A (zh) 液体封入减振装置
CN205260661U (zh) 扭转减振器及工程车辆
CN102954137A (zh) 支撑减震器
CN210531392U (zh) 一种抗震输出轴
CN106061781B (zh) 发动机装置支撑结构及发动机装置设置方法
CN108995523B (zh) 用于机动车的设备支承结构
CN207000087U (zh) 用于车辆悬架的弹簧设备和减震设备的止推轴承
CN218177321U (zh) 一种发动机与发电机驱动连接静音减震装置
CN209925512U (zh) 一种振动筛柔性动力总成

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180420

RJ01 Rejection of invention patent application after publication