CN108858275B - 一种基于凸轮机构的变刚度关节 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于凸轮机构的变刚度关节，包括壳体、输入控制端、变刚度调节组件，输入控制端用于驱动壳体围绕其回转中心转动，其包括关节输入转轴，壳体的前端设置有负载盘，变刚度调节组件用于调节关节的刚度值；刚度调节组件包括花键滑块、滚子、圆柱凸轮、连接法兰、弹簧载盘、楔形滑块、弹簧器；关节输入转轴的外侧表面花键槽，花键滑块与花键槽相配合，滚子固定设在花键滑块上；在圆柱凸轮设有轮廓曲面，滚子与轮廓曲面接触；圆柱凸轮通过连接法兰和壳体连接，弹簧载盘设在圆柱凸轮的前端面和后端面，与滚子接触，楔形滑块滑动设在弹簧载盘上，弹簧器的两端分别设在弹簧载盘和楔形滑块上；本发明整体尺寸小、不存在空回程的问题。

Description

一种基于凸轮机构的变刚度关节

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于凸轮机构的变刚度关节。

背景技术

变刚度关节是一种具有自身带有柔顺特性的机器人机构，能够提高机器人与人交互作用时的安全性，扩大机器人与人接触的应用场合。

在变刚度关节的应用中，可以分为主动式和被动式变刚度关节。主动式变刚度关节，往往在关节中增加额外的电机，不仅增加了整体重量，而且增加了控制难度。被动式变刚度关节，通过外部力矩被动调节刚度从而达到所需力矩。被动式变刚度关节，由于其原理简单，使用时更加稳定可靠，可以应用在更多场合。

针对被动式变刚度关节的设计，国内外学者已经研制出了多种不同原理的变刚度关节，有凸轮式、杠杆式等。凸轮式变刚度关节，凸轮与滚子直接接触，可以产生较大力矩，但弹簧的存在增加了整体尺寸。杠杆式变刚度关节，移动支点存在摩擦，且强度需要进一步校核才能使用。

学术论文The DLR FSJ:Energy based design of a variable stiffnessjoint, 2011IEEE International Conference on Robotics and Automation(DLR FSJ:一种基于能量设计的变刚度关节，2011年机器人与自动化国际会议)设计了一种基于凸轮式的变刚度关节，增加一个额外的电机从而主动改变刚度，这是目前较为紧凑的一种基于凸轮机构的变刚度关节。虽然该关节结构紧凑，但一个重要的问题是不能用于中空走线，如果采用中空走线结构，弹簧的尺寸较大，使得整体尺寸变大，或者在有限空间中无法获得满意的弹簧尺寸。此外，如果关节从正转向反转方向转变，会存在一个过渡的空回程。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于凸轮机构的变刚度关节，解决现有凸轮机构整体尺寸偏大、存在空回程等问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于凸轮机构的变刚度关节，其包括：壳体、输入控制端、变刚度调节组件；其中，

输入控制端用于驱动壳体围绕其回转中心转动，其包括关节输入转轴，壳体的前端设置有负载盘，变刚度调节组件用于根据负载盘的实际需要调节关节的刚度值；

变刚度调节组件包括花键滑块、滚子、圆柱凸轮、连接法兰、弹簧载盘、楔形滑块、弹簧器；

关节输入转轴的外侧表面设有沿其轴向方向的花键槽，花键滑块与花键槽相配合，滚子固定设置于花键滑块上；

圆柱凸轮设于关节输入转轴的外侧，在圆柱凸轮的前端面和后端面至少部分设有沿其周向延展的轮廓曲面，滚子与轮廓曲面接触，且滚子可以沿着轮廓曲面运动；连接法兰设置于圆柱凸轮的外侧表面，且连接法兰与壳体固定连接；

弹簧载盘设在圆柱凸轮的前端面和后端面，且与滚子接触，以使滚子驱动弹簧载盘沿着关节输入转轴的轴向运动；弹簧载盘上设有沿其径向方向的滑槽，楔形滑块滑动设置于滑槽中，弹簧器的一端转动设在弹簧载盘上，另一端转动设在楔形滑块上；壳体的内侧设置带有斜面的楔形条，斜面与楔形滑块相抵。

由本发明的上述方案可知，关节输入转轴与花键滑块之间滑动连接，具体的，在关节输入转轴的外侧表面设有沿其轴向方向的花键槽，花键滑块的内侧设有与花键槽配合的凸起，以使花键滑块与关节输入转轴之间同步转动，并且花键滑块可以沿着关节输入转轴的轴向滑动。进一步的，在花键滑块上设有滚子，为了提高花键滑块在受力状态下的平衡，优选的，在花键滑块上对向设置一组滚子，其中，滚子与花键滑块的一种优选的连接方式为：在花键滑块设有对称设有两个呈圆柱形的安装槽，利用例如压块的方式将滚子压紧至上述对应的安装槽中，相应的，在压块设有与同样的呈圆柱形的安装槽，采用例如螺栓的形式将压块压紧。

进一步的，圆柱凸轮设于关节输入转轴的外侧，在圆柱凸轮的前端面和后端面至少部分设有沿其周向延展的轮廓曲面，滚子与轮廓曲面进行接触，且滚子可以沿着轮廓曲面相对运动。一种优选的方式是，在圆柱凸轮的前端面和后端面均设有轮廓曲面，分别为前轮廓曲面和后轮廓曲面，相应的，需要设置两个花键滑块，且两个花键滑块分别设置在圆柱凸轮的前端面和后端面，两个花键滑块上的滚子分别与轮廓曲面和后轮廓曲面进行接触，其中，前轮廓曲面和后轮廓曲面具有相同的轮廓线，这样设置的好处在于，可以实现关节输入转轴在不同方向运动切换时(例如正转切换反转)，滚子对圆柱凸轮一直处于输出扭矩的状态，无空回程衔接，具体例如关节输入转轴正转时，与圆柱凸轮的前轮廓曲面接触的滚子受力，此时，与圆柱凸轮的后轮廓曲面接触的滚子不输出扭矩；关节输入转轴切换为反转时，与圆柱凸轮的后轮廓曲面接触的滚子传递扭矩，而与圆柱凸轮的前轮廓曲面接触的滚子不输出扭矩。更优选的，轮廓曲面包括基于贝塞尔曲线形成的曲面，采用贝塞尔曲线进行参数设计，方便根据不同的扭矩刚度进行适应性设计。

为了实现圆柱凸轮和壳体之间的连接，在圆柱凸轮的外侧表面设有连接法兰，连接法兰采用例如螺栓的形式分别与圆柱凸轮和壳体之间连接，具体的，壳体设有负载盘，壳体通过连接法兰与圆柱凸轮的同步转动，进而实现负载盘的转动。

本方案中采用弹簧构件进一步增大输出扭矩，弹簧构件具体包括弹簧载盘、弹簧器、楔形滑块，其中，弹簧载盘设在圆柱凸轮的前端面和后端面，且与滚子接触，通过滚子驱动弹簧载盘沿着关节输入转轴的轴向运动，优选的，在弹簧载盘上设有沿其径向方向的多个滑槽，例如对称设置的两个滑槽，以增加弹簧载盘的受力能力并使其受力均匀。在每个滑槽中均设有楔形滑块，弹簧器的一端转动设在弹簧载盘上，另一端转动设在楔形滑块上；在壳体的内侧设置带有斜面的楔形条，楔形条的斜面与楔形滑块的斜面相抵受力，弹簧载盘向前或者向后移动过程中，楔形滑块会在滑槽中滑动，在楔形条的斜面与楔形滑块的斜面的共同作用下，实现对弹簧器压缩程度的调整。

作为本发明的上述方案的一种具体实施方式，壳体包括前壳体和后壳体，其中，前壳体与后壳体通过连接法兰固定连接，进一步的，弹簧载盘也设有两个，分别为前弹簧载盘和后弹簧载盘，前弹簧载盘设置于前壳体中，并设置于圆柱凸轮的前端，后弹簧载盘设置于后壳体中，并设置于圆柱凸轮的后端；此时，前弹簧载盘和后弹簧载盘分别用于关节输入转轴的正转和反转过程。优选的，在弹簧载盘靠近圆柱凸轮的一侧至少部分设有引导曲面，滚子与引导曲面接触，具体的，引导曲面能够增加弹簧器的变形，实现扭矩和刚度的进一步增大，优选的，引导曲面包括基于贝塞尔曲线形成的曲面。进一步优选的，为了提高弹簧载盘运动的平稳性，在壳体的内侧设有沿平行于壳体回转中心线设置的导向条，例如矩形状导向条，在弹簧载盘的外圈设有与导向条相配合的凹槽，凹槽的内侧壁和导向条之间相接触，进一步实现弹簧载盘只会沿着关节输入转轴的轴向滑动，不会发生其他方向的位移，整体的稳定性好，运动更加平稳。

作为本发明的上述方案的另一种具体实施方式，楔形滑块包括呈工字形设置的滑块本体以及用于连接弹簧器的两个连接板，两个连接板对称设置于滑块本体上，且两个连接板分别连接不同的弹簧器，对称设置的弹簧器可以增加楔形滑块的受力能力，并使其受力均匀。优选的，弹簧器包括弹簧套筒、弹簧和弹簧推杆，弹簧套筒的一端转动设置于连接板上，弹簧套筒的另一端设有开口，弹簧设置于弹簧套筒的内部，弹簧推杆的一端转动设置于弹簧载盘上，弹簧推杆的另一端穿过开口伸入至弹簧套筒的内部，并压缩弹簧，随着楔形滑块在滑槽中的滑动，弹簧的被压缩量会发生改变。需要说明的是，本实施方式中的弹簧始终处于被压缩的状态，以提升整体结构的稳定性，而且弹簧器以水平方式设在弹簧载盘的表面，可以促进变刚度关节的扁平化设计，大大减小了空间尺寸。

作为本发明的上述方案的又一种具体实施方式，输入控制端包括电机外壳、电机、谐波减速器、减速器转换法兰，电机设置于电机外壳内，谐波减速器的刚轮与电机外壳固定连接，谐波减速器的波发生器与电机的输出轴相连接，减速器转换法兰与谐波减速器的柔轮相连接，关节输入转轴设在减速器转换法兰上。优选的，电机外壳与壳体之间通过交叉滚子轴承进行转动连接；交叉滚子轴承包括轴承内圈和轴承外圈，壳体通过内套筒与轴承内圈紧配合连接，电机外壳通过外套筒与轴承外圈紧配合连接，以使壳体相对电机外壳进行转动。相应的，为了进一步提高交叉滚子轴承转动的平稳性，在内套筒的侧面设有辅助挡环，辅助挡环和内套筒之间通过例如螺栓的方式固定，二者之间形成了用于容纳轴承内圈的槽状结构，相应的，在外套筒的侧面设有另外辅助挡圈，辅助挡圈和外套筒之间通过例如螺栓的方式固定，二者之间形成了用于容纳轴承外圈的槽状结构，以进一步提高交叉滚子轴承与内套筒、外套筒之间连接的稳固性。

作为本发明的上述方案的再一种具体实施方式，本发明中的电机、谐波减速器、减速器转换法兰、关节输入转轴均采用中空结构，可以用于中空走线，彻底解决传统变刚度关节无法中空走线的问题。

本发明的有益之处在于：

1、本发明的圆柱凸轮的前端和后端均可以设有轮廓曲面，实现关节输入转轴正反转的无空回程衔接；

2、在弹簧载盘设有对称的楔形滑块组，增加弹簧载盘的受力，使弹簧载盘受力均匀；弹簧器以水平方式设在弹簧载盘的表面，大大减小了结构的尺寸；

3、圆柱凸轮的轮廓曲面采用塞尔曲线进行参数设计，可以满足不同的扭矩和刚度需求，适应性强；

4、在弹簧载盘靠近圆柱凸轮的一侧设有引导曲面，可以进一步增加弹簧载盘的移动范围，从而增加弹簧的压缩量，增大扭矩。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明变刚度关节实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明变刚度关节实施例1的输入控制端的爆炸视图；

图3是本发明变刚度关节实施例1的壳体与电机外壳的连接关系示意图；

图4是本发明变刚度关节实施例1的变刚度调节组件的爆炸视图；

图5是本发明变刚度关节实施例1的圆柱凸轮的一种状态示意图；

图6是本发明变刚度关节实施例1的圆柱凸轮和滚子的配合示意图；

图7是本发明变刚度关节实施例1的花键滑块、滚子和滚子压块的连接关系示意图；

图8是本发明变刚度关节实施例1的弹簧载盘的结构示意图；

图9是本发明变刚度关节实施例1的楔形滑块的结构示意图；

图10是本发明变刚度关节实施例1的弹簧器的结构示意图；

图11是本发明变刚度关节实施例1的弹簧载盘和壳体的配合关系示意图；

图12是本发明变刚度关节实施例1中，图11的另一视角的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种基于凸轮机构的变刚度关节，如图1-12所示，具体包括：输入控制端、变刚度调节组件、壳体。

其中，输入控制端具体包括电机外壳1、电机2、谐波减速器3、减速器转换法兰4、关节输入转轴5，电机2设置于电机外壳1内，谐波减速器 3的刚轮与电机外壳1固定连接，谐波减速器3的波发生器与电机2的输出轴相连接，减速器转换法兰4与谐波减速器3的柔轮相连接，关节输入转轴5设在减速器转换法兰4上，且在关节输入转轴5的外侧表面设有沿其轴向方向的多个花键槽6，例如四个周向均匀分布的花键槽6。

变刚度调节组件包括两个花键滑块7、滚子8、滚子压块9、圆柱凸轮 10、连接法兰11、两个弹簧载盘12、楔形滑块13、弹簧器14。

花键滑块7滑动设置于花键槽6中，滚子8通过滚子压块9固定设置于花键滑块7上，且每个花键滑块7设有对称设置的两个滚子8，一种具体的结构如图7所示，在花键滑块7上对向设置一组滚子8，其中，滚子8与花键滑块7的连接方式为：在花键滑块7设有对称设有两个呈圆柱形的安装槽，利用滚子压块9将滚子8压紧至上述对应的安装槽中，相应的，在滚子压块9设有与同样的呈圆柱形的安装槽，采用螺栓的形式将滚子8锁紧至花键滑块7上。

圆柱凸轮10套设于关节输入转轴5的外侧，一种具体的结构如图5-6 所示，在圆柱凸轮10的前端面和后端面均设有沿其周向延展的两组轮廓曲面15，且两组轮廓曲面15的具有相同的轮廓线，每个滚子8与轮廓曲面15 接触，且滚子8可以沿着轮廓曲面15运动，优选的，滚子8沿着轮廓曲面 15的起点到终点的过程，轮廓曲面15的斜率逐渐变大；其中，轮廓曲面15 采用基于贝塞尔曲线形成的曲面。在圆柱凸轮10的非轮廓曲面的部分设有较高的台阶16，用来对弹簧载盘12的移动进行轴向定位。连接法兰11设置于圆柱凸轮10的外侧表面上，具体的，在圆柱凸轮10的外侧设有多个吊耳17，连接法兰11通过螺栓固定设在圆柱凸轮10的吊耳17上。

两个弹簧载盘12对称设在圆柱凸轮10的前端面和后端面，如图4所示，分别为前弹簧载盘、后弹簧载盘，且每个弹簧载盘12均与滚子8接触，以通过滚子8的运动驱动弹簧载盘12沿着关节输入转轴5的轴向运动；弹簧载盘12的具体结构如图8所示，每个弹簧载盘12上设有沿其径向方向的两个滑槽18，两个滑槽18对称设置，多个楔形滑块13分别滑动设置于每个滑槽18中，弹簧器14的一端转动设在弹簧载盘12上，另一端转动设在楔形滑块13上。进一步的，在弹簧载盘12靠近圆柱凸轮10的一侧设有两组引导曲面19，滚子8与引导曲面19接触，引导曲面19能够增加弹簧器14 的变形，实现扭矩和刚度的进一步增大。具体的，弹簧载盘12上的引导曲面19的初始位置与圆柱凸轮10的轮廓曲面15的初始位置对应，这里的初始位置指的是在某种特定状态下，同时和相同的滚子8接触的位置，例如滚子8同时接触引导曲面19的起点和轮廓曲面15的起点。其中，楔形滑块 13的结构如图9所示，具体包括呈工字形设置的滑块本体20以及用于连接弹簧器14的两个连接板21，两个连接板21对称设置于滑块本体20上，且两个连接板21分别连接不同的弹簧器14，对称设置的弹簧器14可以增加楔形滑块13的受力能力，并使其受力均匀。

本实施例中的弹簧器14如图10所示，具体包括弹簧套筒22、弹簧23 和弹簧推杆24，弹簧套筒22的一端转动设置于连接板21上，并用E型卡环进行轴向定位，弹簧套筒22的另一端设有开口，弹簧23设置于弹簧套筒 22的内部，弹簧推杆24的一端转动设置于弹簧载盘12上，弹簧推杆24的另一端穿过开口伸入至弹簧套筒22的内部，并压缩弹簧23，其中，弹簧推杆24可以在弹簧套筒22中滑动一定的距离。随着楔形滑块13在滑槽18中的滑动，弹簧23的被压缩量会发生改变。需要说明的是，本实施方式中的弹簧23始终处于被压缩的状态，以提升整体结构的稳定性，而且弹簧器14 水平设在弹簧载盘12的表面，可以促进变刚度关节的扁平化设计，大大减小了空间尺寸。

本实施例中在壳体的前端设有负载盘25，在壳体的内侧设置多条带有斜面的楔形条26，在弹簧器14和滚子8的共同作用下，楔形条26的斜面和楔形滑块13的斜面相抵受力，一种具体结构如图11所示，其中，弹簧载盘12向前或者向后移动过程中，楔形滑块13会在滑槽18中滑动，在楔形条26的斜面与楔形滑块13的斜面的共同作用下，实现对弹簧器14压缩程度的调整。为了提高弹簧载盘12运动的平稳性，在壳体的内侧设有沿平行于壳体回转中心线设置的导向条27，例如矩形状导向条，在弹簧载盘12的外圈设有与导向条27相配合的凹槽28，凹槽28的内侧壁和导向条27之间接触连接，具体的，壳体包括前壳体29和后壳体30，前壳体29和后壳体 30之间通过连接法兰11固定连接。

本实施例中电机外壳1与壳体(具体指后壳体30)之间通过交叉滚子轴承31进行转动连接，如图3所示，其中，交叉滚子轴承31包括轴承内圈和轴承外圈，为了完成交叉滚子轴承31的装配，在壳体与电机外壳1相对的后端面设有内套筒32以及与内套筒32配合的辅助挡环33，辅助挡环33 和内套筒32之间通过例如螺栓的方式固定，二者之间形成了用于容纳轴承内圈的内安装槽结构，以使轴承内圈与内套筒32之间相对固定；在电机外壳1与后壳体30相对的前端面设有外套筒34以及与外套筒34配合的辅助挡圈35，辅助挡圈35和外套筒34之间通过例如螺栓的方式固定，二者之间形成了用于容纳轴承外圈的外安装槽结构，以使轴承外圈与外套筒34之间相对固定；在内安装槽结构和外安装槽结构的共同作用下，实现内套筒 32和外套筒34之间的相对转动，进而实现壳体相对电机外壳1的转动。

本实施例中的电机2、谐波减速器3、减速器转换法兰4、关节输入转轴5均采用中空结构，可以用于中空走线，彻底解决传统变刚度关节无法中空走线的问题。

本实施例的运动传递过程为：

输入运动传递：如图2所示，输入控制端用于驱动壳体围绕其回转中心转动，输入控制端的运动传递过程为(以正向转动为例)：电机2通过电机2的输出轴带动谐波减速器3的波发生器转动，谐波减速器3的柔轮带动减速器转换法兰4转动，从而带动关节输入转轴5转动。

输出运动传递：关节输入转轴5将输入扭矩传递至圆柱凸轮10，圆柱凸轮10带动连接法兰11转动，连接法兰11将扭矩传递至壳体(包括前壳体29和后壳体30)，一方面实现负载盘25的输出，另一发面实现内套筒32 的转动，此时，由于交叉滚子轴承31的存在，内套筒32随着交叉滚子轴承 31的轴承内圈相对轴承外圈转动，进一步实现壳体相对电机外壳1的转动连接，交叉滚子轴承的存在使外壳承受一定的轴向力。

弹簧器14的受力变化过程：当弹簧载盘12沿着关节输入转轴5的轴向移动时，由于楔形条26的存在，使得楔形滑块13沿着滑槽18的径向移动 (例如向内滑动)；同时压缩弹簧套筒22中的弹簧23，使楔形滑块13在径向方向受力增大，根据力平衡原理，楔形条26产生更大的垂直于弹簧载盘 12的竖直方向的力。

本实施例变刚度关节的刚度改变过程：关节输入转轴5通过花键槽6 带动花键滑块7转动，花键滑块7带动滚子8在圆柱凸轮10的轮廓曲面15 上相对转动；弹簧器14的存在使得弹簧载盘12与滚子8之间存在压力，从而滚子8与圆柱凸轮10的轮廓曲面15之间存在压力，滚子8对圆柱凸轮 10产生一个圆周方向的力，从而产生扭矩T；当外部载荷与产生的扭矩T 相互平衡时，滚子8与圆柱凸轮10的轮廓曲面15相对静止；当产生的扭矩 T不能抵消外部载荷时，滚子与圆柱凸轮10的轮廓曲面15发生相对转动，随着轮廓曲面15的斜率变大，同时弹簧载盘12上升，弹簧载盘12所受压力变大，两种因素同时造成扭矩和刚度的增大，从而抵消外部载荷。

需要说明的是，本实施例中所述的方向词汇例如“前”、“后”、“内”、“外”是以图1至图12所示的方向进行说明，但不应理解为对本发明的限定，其中，本实施例中的前端即为附图1的负载盘所在一端。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于凸轮机构的变刚度关节，包括壳体、输入控制端、变刚度调节组件，其特征在于：

所述输入控制端用于驱动所述壳体围绕其回转中心转动，其包括关节输入转轴，所述壳体的前端设置有负载盘，所述变刚度调节组件用于根据所述负载盘的实际需要调节关节的刚度值；

其中，所述变刚度调节组件包括花键滑块、滚子、圆柱凸轮、连接法兰、弹簧载盘、楔形滑块、弹簧器；

所述关节输入转轴的外侧表面设有沿其轴向方向的花键槽，所述花键滑块与所述花键槽相配合，所述滚子固定设置于所述花键滑块上；

所述圆柱凸轮设于所述关节输入转轴的外侧，在所述圆柱凸轮的前端面和后端面至少部分设有沿其周向延展的轮廓曲面，所述滚子与所述轮廓曲面接触，且所述滚子可以沿着所述轮廓曲面运动；所述连接法兰设置于所述圆柱凸轮的外侧表面，所述连接法兰与所述壳体固定连接；

所述弹簧载盘设在所述圆柱凸轮的前端面和后端面，并与所述滚子接触，所述滚子驱使所述弹簧载盘沿着所述关节输入转轴的轴向运动；所述弹簧载盘上设有沿其径向方向的滑槽，所述楔形滑块滑动设置于所述滑槽中，所述弹簧器的一端转动设在所述弹簧载盘上，另一端转动设在所述楔形滑块上；所述壳体的内侧设置带有斜面的楔形条，所述斜面与所述楔形滑块相抵。

2.如权利要求1所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述弹簧载盘靠近所述圆柱凸轮的一侧至少部分设有引导曲面，所述滚子与所述引导曲面接触。

3.如权利要求2所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述壳体内侧设有沿平行于所述壳体回转中心设置的导向条，所述弹簧载盘的外圈设有与所述导向条相配合的凹槽。

4.如权利要求1所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述弹簧载盘设有多个所述滑槽，每个所述滑槽中均设有所述楔形滑块；所述楔形滑块包括呈工字形设置的滑块本体以及用于连接所述弹簧器的两个连接板，两个所述连接板对称设置于所述滑块本体上，且两个所述连接板分别连接不同的所述弹簧器。

5.如权利要求4所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述弹簧器包括弹簧套筒、弹簧和弹簧推杆，所述弹簧套筒的一端转动设置于所述连接板上，所述弹簧套筒的另一端设有开口，所述弹簧设置于所述弹簧套筒的内部，所述弹簧推杆的一端转动设置于所述弹簧载盘上，所述弹簧推杆的另一端穿过所述开口伸入至所述弹簧套筒的内部，并压缩所述弹簧。

6.如权利要求1所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述轮廓曲面包括前轮廓曲面和后轮廓曲面，所述前轮廓曲面设在所述圆柱凸轮的前端面，所述后轮廓曲面设在所述圆柱凸轮的后端面，所述前轮廓曲面和所述后轮廓曲面具有相同的轮廓线。

7.如权利要求6所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述壳体包括前壳体和后壳体，所述前壳体与所述后壳体通过所述连接法兰固定连接；所述弹簧载盘包括前弹簧载盘和后弹簧载盘，所述前弹簧载盘设置于所述前壳体中，并设置于所述圆柱凸轮的前端，所述后弹簧载盘设置于所述后壳体中，并设置于所述圆柱凸轮的后端。

8.如权利要求1所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述轮廓曲面包括基于贝塞尔曲线形成的曲面。

9.如权利要求1所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述输入控制端包括电机外壳、电机、谐波减速器、减速器转换法兰，所述电机设置于所述电机外壳内，所述谐波减速器的刚轮与所述电机外壳固定连接，所述谐波减速器的波发生器与所述电机的输出轴相连接，所述减速器转换法兰与所述谐波减速器的柔轮相连接，所述关节输入转轴设在所述减速器转换法兰上。

10.如权利要求9所述的基于凸轮机构的变刚度关节，其特征在于，所述电机外壳与所述壳体之间通过交叉滚子轴承进行转动连接；所述交叉滚子轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述壳体通过内套筒与所述轴承内圈紧配合连接，所述电机外壳通过外套筒与所述轴承外圈紧配合连接，以使所述壳体相对所述电机外壳进行转动。

Images