CN111993394A

CN111993394A - 一种被动柔顺装置

Info

Publication number: CN111993394A
Application number: CN202010936899.3A
Authority: CN
Inventors: 许都; 陆新江
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2040-09-08
Also published as: CN111993394B

Abstract

本发明提供了一种被动柔顺装置，包括两个连接部件和柔顺部件；所述柔顺部件设置在两个连接部件之间，所述柔顺部件为柔性材料结构件，所述柔顺部件用于当所述被动柔顺装置受力时进行自适应柔顺，所述连接部件用于固定所述柔顺部件，所述连接部件背离柔顺部件的一侧用于连接外部装置，所述连接部件用于传递所述柔顺部件的柔顺效果，所述被动柔顺装置能对机器人调整末端的接触进行被动柔顺。

Description

一种被动柔顺装置

技术领域

本发明归属于机器人领域，具体涉及一种被动柔顺装置。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人在工业和服务领域得到广泛运用，作业过程往往比较复杂，机器人除了要确保自身安全和作用对象的可控，还要避免出现力超调的现象，从而对作用对象造成损坏，因此需要设计一种被动柔顺的装置对机器人末端接触进行柔顺。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种机器人变刚度机构，旨在解决现有技术中机器人无法对末端接触进行被动柔顺的问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：一种被动柔顺装置，包括柔顺部件和两个连接部件；

所述柔顺部件设置在两个所述连接部件之间，所述柔顺部件为柔性材料结构件，所述连接部件为刚性材料结构件，所述柔顺部件用于当所述被动柔顺装置受力时进行自适应柔顺，所述连接部件用于固定所述柔顺部件，所述连接部件背离柔顺部件的一侧用于连接外部装置，所述连接部件用于传递所述柔顺部件的柔顺效果。

优选的，所述柔顺部件包括连接块和多个柔顺件，所述柔顺件用于在接收外部作用力后产生被动形变以实现柔顺功能，所述连接块用于串联所述柔顺件。

优选的，所述柔顺件包括固定环、弹性腿和连接平台，所述固定环、所述弹性腿和所述连接平台在同一平面上，所述固定环环绕在所述连接平台外，所述弹性腿连接在所述连接平台和所述固定环之间。

优选的，所述固定环和所述连接部件分别开设有第一螺栓孔，螺栓依次穿过所述连接部件的第一螺栓孔和所述固定环的第一螺栓孔，以连接所述连接部件和所述柔顺部件，所述连接平台用于连接所述连接块。

优选的，所述柔顺件内包含多条弹性腿，每条所述弹性腿的一端并联在所述连接平台上，每条所述弹性腿的另一端并联在所述固定环上。

优选的，所述柔顺件为对称结构。

优选的，所述柔顺件为硅胶件、硅橡胶件和高硬度聚氨酯件中的任一种。

优选的，所述连接块的材料与所述柔顺件相同。

优选的，所述连接部件包括相互连接的输出件和连接件，所述连接件为连接环，所述连接环与所述柔顺部件连接，所述输出件用于与外部装置连接。

优选的，其特征在于，所述输出件包括法兰，所述法兰还开设有第二螺栓孔,所述外部装置和所述连接件通过螺栓穿过所述第二螺栓孔的方式连接在所述法兰上。

与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：

本发明的技术方案中，采用了两个所述连接部件夹设一个所述柔顺部件的方式，所述连接部件为刚性结构，所述柔顺部件为柔性结构，通过刚性结构和柔性结构结合的方式，在保证装置的紧固能力良好的前提下为装置增加了被动柔顺的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种被动柔顺装置总体结构的爆炸示意图；

图2为本发明提出的一种被动柔顺装置的柔顺件的结构示意图；

图3为本发明提出的一种被动柔顺装置其中一个连接部件和柔顺件的爆炸结构示意图

图4为本发明提出的一种被动柔顺装置整体结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种被动柔顺装置；

一种被动柔顺装置，包括柔顺部件2和两个连接部件1；

所述柔顺部件2设置在两个所述连接部件1之间，所述柔顺部件2为柔性材料结构件，所述连接部件1为刚性材料结构件，所述柔顺部件2用于当所述被动柔顺装置受力时进行自适应柔顺，所述连接部件1用于固定所述柔顺部件2，所述连接部件1背离柔顺部件2的一侧用于连接外部装置，所述连接部件1用于用于传递所述柔顺部件2的柔顺效果，采用了两个所述连接部件1夹设一个所述柔顺部件2的方式，所述连接部件1为刚性结构，所述柔顺部件2为柔性结构，通过所述刚性结构和所述柔性结构结合的方式，在保证被动柔顺装置的紧固能力良好的前提下为被动柔顺装置加强了被动柔顺的功能。

优选的，所述柔顺部件2包括连接块201和多个柔顺件202，所述柔顺件202用于在接收外部作用力和产生被动形变以实现柔顺功能，所述连接块201用于串联所述柔顺件202，连接块201和柔顺件202之间一体化连接，减少由于装置部件之间的间隙产生的装置偏转，通过所述连接块201串联两个所述柔顺件202，增大了所述柔顺部件2的变形范围。

优选的，所述柔顺件202包括固定环301、弹性腿302和连接平台303，所述固定环301、所述弹性腿302和所述连接平台303在同一平面上，所述固定环301环绕在所述连接平台303外，所述弹性腿302连接在所述连接平台303和所述固定环301之间，所述弹性腿302有四个弯折部，所述连接平台303为长方体，所述固定环301为一厚度均匀的圆环体，本发明通过将传统连接结构中的刚性铰链替换为弹性腿302这种柔性铰链的方法使得所述柔顺件202具有更好的被动柔顺的效果。

优选的，所述固定环301和所述连接部件1分别开设有第一螺栓孔103，螺栓依次穿过所述连接部件的第一螺栓孔103和所述固定环的第一螺栓孔103，以连接所述连接部件1和所述柔顺部件2，所述连接平台303用于连接所述连接块201，连接部件1和柔顺部件2均为圆形结构且径向大小相等，这样能够一体式紧密结合，减小部件之间的间隙，防止不必要的震动和部件之间的碰撞。

优选的，所述柔顺件202内包含多条弹性腿302，每条所述弹性腿302的一端并联在连接平台303上，每条所述弹性腿302的另一端并联在固定环301上，所述弹性腿302有四个，分别架设于所述连接平台303的四条边上，利用柔顺件202的整体挠度变形来进行力的传递，以实现传统柔性并联机构所实现的自由度，克服了传统柔性悬臂铰链能够在空间上不同方向上进行运动，导致变形量在空间上实现不同角度上的偏转，传统柔性铰链的中心偏移导致的寄生运动显著上升，铰链的轴向稳定性降低等问题。

优选的，所述柔顺件202为对称结构，采用对称式的布局有助于增加被动柔顺装置的稳定性，所述柔顺件202选用了四条弹性腿302，一个矩形的连接平台303和一个圆环形的固定环301，所述弹性腿302有四个，分别架设于所述连接平台303的四条边上，这样的对称设置可以更有效的应对不同方向上施加的作用力。

优选的，所述柔顺件202为硅胶件、硅橡胶件和高硬度聚氨酯件中的任一种，所列举的三种材料韧性好，弹性形变量大，适用于被动柔顺装置的使用场合。

优选的，所述连接块201的材料与柔顺件202相同，相同的材料能一体化进行加工或使用相同材料进行焊接和粘连，使所述柔顺部件2为一体性部件，放置传统的部件相连的方式导致的配合间隙。

优选的，所述连接部件1包括相互连接的输出件和连接件，所述连接件为连接环102，所述连接环102与所述柔顺部件2连接，所述输出件用于与外部装置连接，所述连接环102为一均匀的圆环，所述输出件采用刚性材料，如金属，所述连接环102采用材料与输出件相同，所述连接环102和所述输出件之间采用螺栓紧固，一体化的设计避免了避免了各运动副之间的装配误差及间隙对末端台运动特性所造成的影响。

优选的，所述输出件为法兰101，所述法兰101还开设有第二螺栓孔104,所述外部装置和所述连接件通过螺栓穿过所述第二螺栓孔104的方式连接在所述法兰101上，所述第二螺栓孔104共有四个，对称分布在所述法兰101的中心位置，这样的排布方式有利于被动柔顺装置整体受力的对称性，防止单一自由度上的超程运动发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种被动柔顺装置，其特征在于，包括柔顺部件和两个连接部件；

所述柔顺部件设置在两个连接部件之间，所述柔顺部件为柔性材料结构件，所述连接部件为刚性材料结构件，所述柔顺部件用于当所述被动柔顺装置受力时进行自适应柔顺，所述连接部件用于固定所述柔顺部件，所述连接部件背离柔顺部件的一侧用于连接外部装置，所述连接部件用于传递所述柔顺部件的柔顺效果。

2.根据权利要求1所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述柔顺部件包括连接块和多个柔顺件，所述柔顺件用于在接收外部作用力后产生被动形变以实现柔顺功能，所述连接块用于串联所述柔顺件。

3.根据权利要求2所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述柔顺件包括固定环、弹性腿和连接平台，所述固定环、所述弹性腿和所述连接平台在同一平面上，所述固定环环绕在所述连接平台外，所述弹性腿连接在所述连接平台和所述固定环之间。

4.根据权利要求3所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述固定环和所述连接部件分别开设有第一螺栓孔，螺栓依次穿过所述连接部件的所述第一螺栓孔和所述固定环的所述第一螺栓孔，以连接所述连接部件和所述柔顺部件，所述连接平台用于连接所述连接块。

5.根据权利要求3所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述柔顺件内包含多条弹性腿，每条所述弹性腿的一端并联在所述连接平台上，每条所述弹性腿的另一端并联在所述固定环上。

6.根据权利要求2所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述柔顺件为对称结构。

7.根据权利要求2所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述柔顺件为硅胶件、硅橡胶件和高硬度聚氨酯件中的任一种。

8.根据权利要求2所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述连接块的材料与所述柔顺件相同。

9.根据权利要求1所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述连接部件包括相互连接的输出件和连接件，所述连接件为连接环，所述连接环与所述柔顺部件连接，所述输出件用于与外部装置连接。

10.根据权利要求9所述的一种被动柔顺装置，其特征在于，所述输出件包括法兰，所述法兰还开设有第二螺栓孔，所述外部装置和所述连接件通过螺栓穿过所述第二螺栓孔的方式连接在所述法兰上。