剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以主動(dòng)調(diào)節(jié)剛度的仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人在工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域與人有了更多的接觸。傳統(tǒng)機(jī)器人采用電機(jī)-減速器-負(fù)載線性傳動(dòng)的剛性關(guān)節(jié)。剛性關(guān)節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積緊湊、定位精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。但剛性關(guān)節(jié)不能對(duì)外界環(huán)境做出及時(shí)的被動(dòng)響應(yīng)，這使得搭載剛性關(guān)節(jié)的機(jī)器人與環(huán)境的兼容性差，能量效率低下且能耗很大，這是機(jī)器人發(fā)展中需要克服的問(wèn)題。與剛性關(guān)節(jié)相比，柔性關(guān)節(jié)在與外界環(huán)境的交互過(guò)程中顯得友好很多。
[0003]進(jìn)一步探索中發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)時(shí)人體的關(guān)節(jié)的韌性并非一成不變。比如腿部落地時(shí)，膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)呈現(xiàn)柔軟的特性；而腿部發(fā)力后蹬時(shí)關(guān)節(jié)又極剛硬。為了模擬生物關(guān)節(jié)的這種特性，在串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加其可變剛度的功能，這便是可變剛度的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。這種關(guān)節(jié)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)柔性關(guān)節(jié)的功能，還能夠根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，無(wú)級(jí)改變關(guān)節(jié)的勁度系數(shù)，甚至調(diào)整到剛性關(guān)節(jié)。變剛度關(guān)節(jié)能夠提升機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，具有寬廣的應(yīng)用前景。
[0004]對(duì)于可調(diào)剛度的柔性關(guān)節(jié)，其性能優(yōu)劣決定了機(jī)器人能否正常運(yùn)行。目前，有一部分剛度可調(diào)的關(guān)節(jié)采用有級(jí)變剛度的結(jié)構(gòu)。如申請(qǐng)?zhí)?01410821096.8公開(kāi)的“一種可變剛度的機(jī)器人關(guān)節(jié)”，在關(guān)節(jié)中安裝一片主摩擦片和兩片副摩擦片，通過(guò)螺栓的預(yù)緊產(chǎn)生摩擦力實(shí)現(xiàn)柔性驅(qū)動(dòng)。但是摩擦件屬于消耗品，需要定期更換，且不能實(shí)現(xiàn)線性可調(diào)的剛度特性；有一部分關(guān)節(jié)采用氣動(dòng)控制，如中國(guó)專利CN87107075A，“一種柔性氣缸及彎曲、扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)”，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，總體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)線性操控，對(duì)柔性的調(diào)節(jié)較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)。本發(fā)明靈敏度高，剛度調(diào)整精確可靠，結(jié)構(gòu)緊湊。該驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)分為驅(qū)動(dòng)端、調(diào)整端和柔性關(guān)節(jié)三部分。其中驅(qū)動(dòng)端為柔性關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，調(diào)整端負(fù)責(zé)改變?nèi)嵝躁P(guān)節(jié)的剛度，柔性關(guān)節(jié)則起到減緩沖擊、調(diào)節(jié)剛度的作用。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)，包括:驅(qū)動(dòng)端編碼器、驅(qū)動(dòng)端編碼器法蘭、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)軸、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)法蘭、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)、驅(qū)動(dòng)端諧波、驅(qū)動(dòng)端諧波法蘭、驅(qū)動(dòng)端諧波輸出軸、前編碼器座、彈簧軸、固接銷、前編碼器、前凸輪板、前軸承、底座法蘭、前凸輪板法蘭、后編碼器座、中部轉(zhuǎn)盤、后編碼器、轉(zhuǎn)輪、后凸輪板法蘭、柔性關(guān)節(jié)外殼、調(diào)整端諧波、后軸承、調(diào)整端電機(jī)法蘭、后凸輪板、調(diào)整端電機(jī)軸、調(diào)整端諧波輸出法蘭、調(diào)整端編碼器法蘭、調(diào)整端電機(jī)、調(diào)整端編碼器、底座后支架、底板、底座前支架、擺臂、配重、矩形壓簧和調(diào)整端諧波法蘭。
[0007]所述驅(qū)動(dòng)端編碼器法蘭上安裝有驅(qū)動(dòng)端編碼器，驅(qū)動(dòng)端編碼器法蘭與內(nèi)部安裝有驅(qū)動(dòng)端電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端電機(jī)法蘭固接；驅(qū)動(dòng)端電機(jī)法蘭與底板通過(guò)底座后支架固接；驅(qū)動(dòng)端電機(jī)軸前端連接驅(qū)動(dòng)端諧波的輸入端，中段與驅(qū)動(dòng)端電機(jī)的轉(zhuǎn)子夾緊，后端與驅(qū)動(dòng)端編碼器的轉(zhuǎn)子夾緊；驅(qū)動(dòng)端諧波安裝在驅(qū)動(dòng)端諧波法蘭上，輸出端與驅(qū)動(dòng)端諧波輸出軸固接。
[0008]所述調(diào)整端編碼器法蘭上安裝有調(diào)整端編碼器，調(diào)整端編碼器法蘭與內(nèi)部安裝有調(diào)整端電機(jī)的調(diào)整端電機(jī)法蘭固接；調(diào)整端電機(jī)軸前端連接調(diào)整端諧波的輸入端，中段與調(diào)整端電機(jī)的轉(zhuǎn)子夾緊，后端與調(diào)整端編碼器的轉(zhuǎn)子夾緊；調(diào)整端諧波安裝在調(diào)整端諧波法蘭上，輸出端與調(diào)整端諧波輸出法蘭固接。
[0009]所述驅(qū)動(dòng)端諧波輸出軸末端固聯(lián)有固接銷，固接銷的另一端穿過(guò)前凸輪板法蘭與中部轉(zhuǎn)盤固聯(lián)；六個(gè)轉(zhuǎn)輪分為三組，兩個(gè)為一組均勻鉸接在中部轉(zhuǎn)盤的側(cè)邊，每組的兩個(gè)轉(zhuǎn)輪與中部轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行，六個(gè)轉(zhuǎn)輪均可以自由旋轉(zhuǎn)；前凸輪板的內(nèi)圈壓緊在前凸輪板法蘭上，外圈通過(guò)三組凹槽與柔性關(guān)節(jié)外殼的內(nèi)圈周向固定，前凸輪板可以相對(duì)柔性關(guān)節(jié)外殼軸向滑動(dòng)，但兩者不能發(fā)生相對(duì)周向轉(zhuǎn)動(dòng)；柔性關(guān)節(jié)外殼與后編碼器座固聯(lián)，擺臂安裝在后編碼器座上；擺臂末端固聯(lián)有配重。
[0010]所述后凸輪板的內(nèi)圈壓緊在后凸輪板法蘭上，外圈通過(guò)三組凹槽與調(diào)整端諧波輸出法蘭的內(nèi)圈周向固定，后凸輪板可以相對(duì)調(diào)整端諧波輸出法蘭軸向滑動(dòng)，但兩者不能發(fā)生相對(duì)周向轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)整端諧波輸出法蘭與調(diào)整端諧波輸出端聯(lián)接，后編碼器座與調(diào)整端諧波鋼輪聯(lián)接。
[0011]所述矩形壓簧一端與彈簧軸末端壓緊，另一端與前凸輪板法蘭中部壓緊；彈簧軸根部與后凸輪板法蘭壓緊，前凸輪板、后凸輪板的內(nèi)表面斜曲面與安裝在中部轉(zhuǎn)盤側(cè)邊的轉(zhuǎn)輪兩邊相抵。
[0012]所述前編碼器外圈安裝在前編碼器座上，內(nèi)圈與柔性關(guān)節(jié)外殼固接，前編碼器座、底座法蘭與前軸承的外圈固接；柔性關(guān)節(jié)外殼的小端與前軸承的內(nèi)圈固接；前編碼器座一端與驅(qū)動(dòng)端諧波法蘭固接，另一端與底座法蘭固接；底座法蘭與底板通過(guò)底座前支架固接；后編碼器外圈安裝在安裝有擺臂的后編碼器座上，內(nèi)圈與調(diào)整端諧波輸出法蘭固接，柔性關(guān)節(jié)外殼的大端、后編碼器座與后軸承的外圈固接；調(diào)整端諧波輸出法蘭與后軸承的內(nèi)圈固接；調(diào)整端諧波輸出法蘭與后凸輪板周向固定。
[0013]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:
1、附帶有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，能夠主動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；
2、采用曲斜面-轉(zhuǎn)輪配合結(jié)構(gòu)的變剛度系統(tǒng)，摩擦阻力小，傳動(dòng)精密；
3、外殼全封閉，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠在惡劣的環(huán)境下工作；
4、安裝有四個(gè)絕對(duì)式編碼器，工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)，靈敏度高，故障率低。
[0014]5、從極大柔性到完全剛性，關(guān)節(jié)剛度的變化線性可控。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的安裝立體圖；
圖2是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的總體剖視圖；
圖3是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的柔性關(guān)節(jié)部分平面裝配圖；
圖4是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的柔性關(guān)節(jié)部分剖視圖； 圖5是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的柔性關(guān)節(jié)部分立體圖；
圖6是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的調(diào)整端接口立體圖；
圖7是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)端接口立體圖；
圖8是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)下凸輪板與調(diào)整端接口裝配圖；
圖9是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)上凸輪板與驅(qū)動(dòng)端接口裝配圖；
圖10是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)在低剛度時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)下示意圖；
圖11是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)在低剛度時(shí)扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下示意圖；
圖12是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)在高剛度時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)下示意圖；
圖13是一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)在高剛度時(shí)扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下示意圖；
圖中，驅(qū)動(dòng)端編碼器1、驅(qū)動(dòng)端編碼器法蘭2、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)軸3、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)法蘭4、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)5、驅(qū)動(dòng)端諧波6、驅(qū)動(dòng)端諧波法蘭7、驅(qū)動(dòng)端諧波輸出軸8、前編碼器座9、彈簧軸10、固接銷11、前編碼器12、前凸輪板13、前軸承14、底座法蘭15、前凸輪板法蘭16、后編碼器座17、中部轉(zhuǎn)盤18、后編碼器19、轉(zhuǎn)輪20、后凸輪板法蘭21、柔性關(guān)節(jié)外殼22、調(diào)整端諧波23、后軸承24、調(diào)整端電機(jī)法蘭25、后凸輪板26、調(diào)整端電機(jī)軸27、調(diào)整端諧波輸出法蘭28、調(diào)整端編碼器法蘭29、調(diào)整端電機(jī)30、調(diào)整端編碼器31、底座后支架32、底板33、底座前支架34、擺臂35、配重36、矩形壓簧37、調(diào)整端諧波法蘭38。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017]如圖1-圖2所示，本發(fā)明一種剛度可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)，包括:驅(qū)動(dòng)端編碼器1、驅(qū)動(dòng)端編碼器法蘭2、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)軸3、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)法蘭4、驅(qū)動(dòng)端電機(jī)5、驅(qū)動(dòng)端諧波6、驅(qū)動(dòng)端諧波法蘭7、驅(qū)動(dòng)端諧波輸出軸8、前編碼器座9、彈簧軸10、固接銷11、前編碼器12、前凸輪板13、前軸承14、底座法蘭15、前凸輪板法蘭16、后編碼器座17、中部轉(zhuǎn)盤18、后編碼器19、轉(zhuǎn)輪20、后凸輪板法蘭21、柔性關(guān)節(jié)外殼22、調(diào)整端諧波23、后軸承24、調(diào)整端電機(jī)法蘭25、后凸輪板26、調(diào)整端電機(jī)軸27、調(diào)整端諧波輸出法蘭28、調(diào)整端編碼器法蘭29、調(diào)整端電機(jī)30、調(diào)整端編碼器31、底座后支架32、底板33、底座前支架34、擺臂35、配重36、矩形壓簧37和調(diào)整端諧波法蘭38。
[0018]如圖2、圖7所示，驅(qū)動(dòng)端編碼器法蘭2上安裝有驅(qū)動(dòng)端編碼器1，驅(qū)動(dòng)端編碼器法蘭2與內(nèi)部安裝有驅(qū)動(dòng)端電機(jī)5的驅(qū)動(dòng)端電機(jī)法蘭4固接；驅(qū)動(dòng)端電機(jī)法蘭4與底板33通過(guò)底座后支架32固接；驅(qū)動(dòng)端電機(jī)軸3前端連接驅(qū)動(dòng)端諧波6的輸入端，中段與驅(qū)動(dòng)端電機(jī)5的轉(zhuǎn)子夾緊，后端與驅(qū)動(dòng)端編碼器I的轉(zhuǎn)子夾緊。驅(qū)動(dòng)端諧波6安裝在驅(qū)動(dòng)端諧波法蘭7上，輸出端與驅(qū)動(dòng)端諧波輸出軸8固接。
[0019]如圖2、圖6所示，調(diào)整端編碼器法蘭29上安裝有調(diào)整端編碼器31，調(diào)整端編碼器法蘭29與內(nèi)部安裝有調(diào)整端電機(jī)30的調(diào)整端電機(jī)法蘭25固接。調(diào)整端電機(jī)軸27前端連接調(diào)整端諧波23的輸入端，中段與調(diào)整端電機(jī)30的轉(zhuǎn)子夾緊，后端與調(diào)整端編碼器31的轉(zhuǎn)子夾緊。調(diào)整端諧波23安裝在調(diào)整端諧波法蘭38上，輸出端與調(diào)整端諧波輸出法蘭28固接。
[0020]如圖2、圖3所示，驅(qū)動(dòng)端諧波輸出軸8末端固聯(lián)有固接銷11，固接銷11的另一端穿過(guò)前凸輪板法蘭16與中部轉(zhuǎn)盤18固聯(lián)。六個(gè)轉(zhuǎn)輪20分為三組，兩個(gè)為一組均勻鉸接在中部轉(zhuǎn)盤18的側(cè)邊，每組的兩個(gè)轉(zhuǎn)