CN110142800B - 一种一体化变刚度的机器人关节 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化变刚度的机器人关节，涉及机器人技术领域，包括输入部分，刚度调节部分和输出部分；所述输入部分包括输入电机、关节外壳输入端、输入轴、输入盖、谐波减速器、码盘、读数头、第一读数头连接器和第二读数头连接器；所述刚度调节部分包括刚度调节电机、同步带轮、丝杠、杠杆组、随动滑块、连接块、直线导轨、凸轮轴承随动器和板簧；所述输出部分包括输出底板、输出盖、关节外壳输出端。该发明变刚度范围大、响应快、控制精度高，且应用性较强，可应用于航天太空垃圾及废弃卫星回收。

Description

一种一体化变刚度的机器人关节
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种一体化变刚度的机器人关节。
背景技术
在航天领域中，空间非合作目标的捕获是在轨服务空间机械臂主要任务之一。在进行非合作目标捕获时，由于被捕获目标的运动速度、惯量未知，如果采用完全刚性的机械臂对目标进行操作，会对机械臂或飞行器造成损坏。因此，设计一种柔性机械臂关节具有重要意义，该关节具有刚度实时改变，被动自适应的特点，能够提高空间机械臂在目标操作时的外力接触稳定性。同样，在工业、医疗、服务等领域，机器人与外界的碰撞不可避免，设计变刚度关节可以对机器人起到保护作用。
目前，国内外研制了多种基于不同原理的变刚度关节，主要采用的原理包括杠杆原理，对抗弹簧原理，磁力原理以及特殊材料原理等。研究普遍存在原理突破难，结构复杂，传动间隙，响应慢，刚度变化范围有限的特点。经检索，公开号为CN104440936A的发明专利公开了一种可变刚度的机器人关节，其特征在于包括两片副摩擦片以及一片主摩擦片，利用摩擦片的摩擦特性进行刚度的调节，但是该关节只能实现刚度的被动跳变，而非主动的连续性变化。公开号为CN105328711A的发明专利公开了一种模块化变刚度关节，利用滚子和扭簧的配合实现变刚度，但关节刚度与滚子径向位置的关系为一条复杂曲线，在控制精度的实现上有较大难度。
本发明要解决的技术问题是如何研制一种集成度高、体积小、拥有较大连续变刚度范围而且控制精度高的变刚度关节。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种一体化变刚度的机器人关节，具有变刚度范围大、响应快、控制精度高，且应用性较强，可应用于航天太空垃圾及废弃卫星回收。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何研制一种集成度高、体积小、拥有较大连续变刚度范围而且控制精度高的变刚度关节。
为实现上述目的，本发明提供了一种一体化变刚度的机器人关节，包括输入部分，刚度调节部分和输出部分；所述输入部分包括输入电机、关节外壳输入端、输入轴、输入盖、谐波减速器、码盘、读数头、第一读数头连接器和第二读数头连接器，所述输入轴和所述谐波减速器可拆卸地连接，所述输入轴和所述输入盖连接，所述读数头通过所述第一读数头连接器与所述输入轴连接，所述第二读数头连接器与所述关节外壳输入端相连，所述码盘与所述输入电机相连；所述刚度调节部分包括刚度调节电机、同步带轮、丝杠、杠杆组、随动滑块、连接块、直线导轨、凸轮轴承随动器和板簧；所述刚度调节电机和所述丝杠通过所述同步带轮连接，所述丝杠和所述丝杆滑块的一端相连，所述丝杆滑块的另一端和所述连接块相连，所述连接块还和所述杠杆组相连，所述杠杆组上设置所述随动滑块，所述随动滑块上设置有所述凸轮轴承随动器，所述凸轮轴承随动器和所述板簧接触；所述输出部分包括输出底板、输出盖、关节外壳输出端，所述刚度调节电机安装在所述输出盖上，所述输出底板和所述输入盖相连，所述输出盖和所述输出底板相连，所述关节外壳输出端和所述关节外壳输入端相连。
进一步地，所述第一读数头连接器和所述输入轴同步转动，所述第二读数头连接器和所述机器人关节的外壳同步转动。
进一步地，所述输入盖和所述输出底板分别和所述关节外壳输出端相连。
进一步地，所述输入端和所述输出端分别通过轴承和所述关节外壳输出端相连。
进一步地，所述轴承是交叉滚子轴承。
进一步地，所述刚度调节部分，还包括夹紧块，所述板簧可拆卸地设置在所述夹紧块中，所述夹紧块设置在所述输入轴的槽中。
进一步地，所述夹紧块上设置有倒角。
进一步地，所述随动滑块上设置有所述凸轮轴承随动器，所述凸轮轴承随动器和所述输出底板相切。
进一步地，所述杠杆组上设置有支轴支撑件，所述支轴支撑件连接所述输出底板和所述杠杆组。
进一步地，所述杠杆组分别和所述丝杆滑块和所述随动滑块相连接。
技术效果具有变刚度范围大、响应快、控制精度高，且应用性较强的特点，可应用于航天太空垃圾及废弃卫星回收。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的一体化变刚度的机器人关节的不含关节外壳的整体示意图；
图2是本发明的含关节外壳的整体示意图；
图3是本发明的输入和输出部分的示意图；
图4是本发明的刚度调节部分的示意图；
图5是本发明的码盘处的装配爆炸图；
图6是本发明的板簧预紧结构的示意图；
图7是本发明的杠杆组结构的示意图；
图8是本发明的丝杠和丝杠组连接处的装配爆炸图；
其中，1-输入部分，2-刚度调节部分，3-输出部分，101-关节外壳输入端，102-输入轴，103-输入盖，104-码盘，105-第一读数头连接器，106-第二读数头连接器，201-刚度调节电机，202-同步带轮，203-丝杠，204-丝杆滑块，205-杠杆组，206-随动滑块，207-连接块，208-直线导轨，209-凸轮轴承随动器，210-板簧，211-夹紧块，212-支轴支撑，301-输出底板，302-输出盖，303-关节外壳输出端。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1和图2所示，本发明一体化变刚度的机器人关节，包括输入部分1、刚度调节部分2与输出部分3。其中，输入部分1包括关节外壳输入端101、输入轴102、输入盖103、码盘104、第一读数头连接器105、第二读数头连接器106；刚度调节部分2包括刚度调节电机201、同步带轮202、丝杠203、丝杆滑块204、杠杆组205、随动滑块206、连接块207、直线导轨208、凸轮轴承随动器209、板簧210、夹紧块211、支轴支撑212；输出部分3包括输出底板301、输出盖302、关节外壳输出端303。
所述输入部分1中，第一读数头连接器105与码盘104相连并且打孔通过螺栓与输入轴102相连，关节外壳输入端101通过第二读数头连接器106与码盘104相连，输入轴102通过轴承与输入盖103相连，输入轴102底端与谐波减速器相连，如图5所示。由此，第一读数头连接器105随输入轴102同步转动，所述第二读数头连接器106随关节外壳输入端101同步转动，通过码盘104可测得输入轴102相对于输入电机外壳的转角以及关节外壳输入端101相对于输入电机外壳的转角。
所述刚度调节部分2中，刚度调节电机201通过同步带轮202与丝杠203相连；丝杆滑块204上端与下端均打孔，上端与丝杠203的滚柱丝杠螺帽支架相连，下端与连接块207相连，并在丝杆滑块204下端留有空隙让杠杆组205的传动轴穿过；丝杠203带动杠杆组205移动，通过打孔安装在杠杆组205上的随动滑块206沿直线导轨208横向移动，通过螺栓固定在随动滑块206上的凸轮轴承随动器209也随之横向移动，与板簧210的接触位置不断改变，由此改变关节刚度，如图4和图8所示。
所述输出部分3中，输出底板301通过周向上的连接孔与输入盖103相连，输出盖302上打有沉头孔，与输出底板301相连；输入盖103与输出底板301分别通过交叉滚子轴承与关节外壳输出端303相连，如图3所示。
本发明中输入轴102中间开槽，放置夹紧块211，而夹紧块211打半圆形的通孔与输入轴102相连，夹紧块中间放置板簧210，由此实现对板簧210的预紧，如图6所示。
本发明中杠杆组205为两组直角三角形斜边和斜边上中线构成的连杆-滑块机构，斜边两端点运动方向垂直，分别与丝杆滑块204、带有凸轮轴承随动器209的随动滑块206相连，将丝杠203的纵向运动转化为随动滑块206的横向移动；支轴支撑212通过打孔与输出底板301相连，如图7所示。
本发明中连接块207起到连接丝杆滑块204与杠杆组205的作用，在远离铰链销轴线的地方安装有凸轮轴承随动器209，与输出底板301相切，限制丝杆滑块204的周向转动，并承担径向扭矩。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，包括输入部分，刚度调节部分和输出部分；所述输入部分包括输入电机、关节外壳输入端、输入轴、输入盖、谐波减速器、码盘、读数头、第一读数头连接器和第二读数头连接器，所述输入轴和所述谐波减速器可拆卸地连接，所述输入轴和所述输入盖连接，所述读数头通过所述第一读数头连接器与所述输入轴连接，所述第二读数头连接器与所述关节外壳输入端相连，所述码盘与所述输入电机相连；所述刚度调节部分包括刚度调节电机、同步带轮、丝杠、丝杆滑块、杠杆组、随动滑块、连接块、直线导轨、凸轮轴承随动器和板簧；所述刚度调节电机和所述丝杠通过所述同步带轮连接，所述丝杠和所述丝杆滑块的一端相连，所述丝杆滑块的另一端和所述连接块相连，所述连接块还和所述杠杆组相连，所述杠杆组分别和所述丝杆滑块和所述随动滑块相连接，所述杠杆组上设置所述随动滑块，所述随动滑块上设置有所述凸轮轴承随动器，所述凸轮轴承随动器和所述板簧接触；所述输出部分包括输出底板、输出盖、关节外壳输出端，所述刚度调节电机安装在所述输出盖上，所述输出底板和所述输入盖相连，所述输出盖和所述输出底板相连，所述关节外壳输出端和所述关节外壳输入端相连。
2.如权利要求1所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述第一读数头连接器和所述输入轴同步转动，所述第二读数头连接器和所述机器人关节的外壳同步转动。
3.如权利要求1所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述输入盖和所述输出底板分别和所述关节外壳输出端相连。
4.如权利要求3所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述输入端和所述输出底板分别通过轴承和所述关节外壳输出端相连。
5.如权利要求4所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述轴承是交叉滚子轴承。
6.如权利要求1所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述刚度调节部分，还包括夹紧块，所述板簧可拆卸地设置在所述夹紧块中，所述夹紧块设置在所述输入轴的槽中。
7.如权利要求6所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述夹紧块上设置有倒角。
8.如权利要求1所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述随动滑块上设置有所述凸轮轴承随动器，所述凸轮轴承随动器和所述输出底板相切。
9.如权利要求1所述的一体化变刚度的机器人关节，其特征在于，所述杠杆组上设置有支轴支撑件，所述支轴支撑件连接所述输出底板和所述杠杆组。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112092007B (zh) * 2020-09-16 2021-11-09 哈尔滨工业大学 一种模块化钢丝绳驱动变刚度关节
CN112904875B (zh) * 2021-01-08 2022-04-12 北京理工大学 一种刚柔可变机构对空间目标的抵近接触方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104260106A (zh) * 2014-08-18 2015-01-07 北京航空航天大学 一种可变刚度的关节模块
CN106514700A (zh) * 2016-12-19 2017-03-22 华南理工大学 一种基于弹簧片的刚度连续可调的机器人柔性关节
CN106584505A (zh) * 2017-01-19 2017-04-26 哈尔滨工业大学 一种模块化变刚度机器人关节
CN108818506A (zh) * 2018-07-13 2018-11-16 哈尔滨工业大学（深圳） 一种基于杠杆机构的变刚度模块

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100912104B1 (ko) * 2008-02-14 2009-08-13 한국과학기술연구원 강성 발생 장치, 강성 제어 방법 및 이를 구비하는 로봇머니퓰레이터의 조인트

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104260106A (zh) * 2014-08-18 2015-01-07 北京航空航天大学 一种可变刚度的关节模块
CN106514700A (zh) * 2016-12-19 2017-03-22 华南理工大学 一种基于弹簧片的刚度连续可调的机器人柔性关节
CN106584505A (zh) * 2017-01-19 2017-04-26 哈尔滨工业大学 一种模块化变刚度机器人关节
CN108818506A (zh) * 2018-07-13 2018-11-16 哈尔滨工业大学（深圳） 一种基于杠杆机构的变刚度模块

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Design and modeling of a new variable stiffness robot joint";Y. Tao etc.;《2014 International Conference on Multisensor Fusion and Information Integration for Intelligent Systems (MFI)》;IEEE;20141229;第1-5页 *
"一种新型变刚度关节结构设计";房立金等;《东北大学学报(自然科学版)》;20171231;第38卷(第12期);第1748-1753页 *

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