一種可變剛度的柔性關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及足式機(jī)器人技術(shù)，具體為一種可變剛度的柔性關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]足式機(jī)器人憑借其在行走過程中與地面的非連續(xù)接觸特性表現(xiàn)出了很強(qiáng)的適應(yīng)性，尤其在有障礙物的通道上或很難接近的工作場地上具有更廣闊的發(fā)展前景。但是目前足式機(jī)器人的研宄大多處于試驗階段，特別是機(jī)器人在步行過程中的可靠性、穩(wěn)定性、速度以及與地面接觸的柔性等方面仍然具有諸多技術(shù)問題需要解決。
[0003]足式機(jī)器人在實際行走過程中，足部著地的瞬間會產(chǎn)生巨大的沖力，這個沖力由足部通過腿部傳遞至機(jī)器人各關(guān)節(jié)及機(jī)身，以至于機(jī)器人各關(guān)節(jié)及機(jī)身均會產(chǎn)生劇烈振動，降低傳感精度，損壞部分靈敏部件，并影響機(jī)器人運動的穩(wěn)定性。另一方面，機(jī)器人足部與地面的剛性接觸，會損失很大部分的能量，這樣對機(jī)器人的運行時間和運行能力會造成很大的影響。因此，如何降低機(jī)器人行走過程中與地面接觸產(chǎn)生的沖力，降低機(jī)器人機(jī)身、傳感器和各靈敏部件的損壞率，減低能量損耗，是當(dāng)前足式機(jī)器人要研宄的重要內(nèi)容之一。
[0004]機(jī)器人關(guān)節(jié)是機(jī)器人腿的重要組成部分，對足式機(jī)器人運動起著非常重要的作用。通過仿生的研宄，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)生物在不同運動狀態(tài)下腿的柔順性不是一成不變的，而是隨著外界環(huán)境和自身運動方式的不同而不斷調(diào)整變化的。為此，人們從生物界尋找到了靈感，對機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)采用變剛度主動柔性仿生驅(qū)動的方式，降低了機(jī)器人足部著地過程的沖擊力，同時又可以完成既定任務(wù)，提高機(jī)器人的適應(yīng)性。機(jī)器人腿如果具備了生物腿的特性，為了適應(yīng)環(huán)境可以改變自身的剛度和柔性，那么機(jī)器人在完成各項作業(yè)時，利用變剛度柔性結(jié)構(gòu)來進(jìn)行能量的存儲和釋放，就可以大大減少振動和降低系統(tǒng)的能耗。
[0005]現(xiàn)有的柔性關(guān)節(jié)大多采用氣動柔性關(guān)節(jié)，實現(xiàn)技術(shù)比較復(fù)雜，例如:中國專利CN87107075A公開了一種柔性氣缸及彎曲、扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其工作容積是由彈性壁圍成。在工作中不存在摩擦及泄露，在工作時可模擬人類關(guān)節(jié)做彎曲動作。該結(jié)構(gòu)采用氣動驅(qū)動，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且柔性也不易調(diào)節(jié)。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型擬解決的技術(shù)問題是，提供一種可變剛度的柔性關(guān)節(jié)。該可變剛度的柔性關(guān)節(jié)能夠有效降低機(jī)器人在行走和跑步過程中產(chǎn)生的沖擊力，實現(xiàn)能量的存儲和釋放，為解決現(xiàn)有機(jī)器人高能耗及環(huán)境適應(yīng)性問題奠定了基礎(chǔ)，具有很好的應(yīng)用前景。
[0007]本實用新型解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計一種可變剛度的柔性關(guān)節(jié)，該柔性關(guān)節(jié)包括下圓盤、中圓盤、上圓盤、外罩、調(diào)剛度外殼、主電機(jī)輸入軸、從動軸、異形齒輪輸入軸、從動異形齒輪輸入軸、調(diào)剛度軸、軸承、一級輸入齒輪、一級從動齒輪、二級輸入齒輪、二級從動齒輪、三級輸入齒輪、三級從動齒輪、調(diào)剛度輸入齒輪、調(diào)剛度從動齒輪、主動異形齒輪、從動異形齒輪、調(diào)剛度直流電機(jī)、電機(jī)固定支架和扭簧；
[0008]所述下圓盤、中圓盤與上圓盤通過螺栓與外罩固定連接；所述調(diào)剛度外殼通過螺栓與上圓盤固定連接；所述主電機(jī)輸入軸通過法蘭與主電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，并通過鍵與一級輸入齒輪連接；所述一級從動齒輪通過齒輪嚙合與一級輸入齒輪配合連接；所述一級從動齒輪通過鍵與從動軸連接；所述二級輸入齒輪通過鍵與從動軸連接；所述二級從動齒輪通過齒輪嚙合與二級輸入齒輪配合連接；所述主動異形齒輪輸入軸通過鍵與二級從動齒輪連接；所述主動異形齒輪通過鍵與主動異形齒輪輸入軸連接；所述從動異形齒輪通過齒輪嚙合與主動異形齒輪配合連接；所述從動異形齒輪輸入軸通過鍵與從動異形齒輪連接；所述三級輸入齒輪通過鍵與從動異形齒輪輸入軸連接；所述三級從動齒輪通過齒輪嚙合與三級輸入齒輪連接；所述調(diào)剛度軸與三級從動齒輪為非固定連接，可相對三級從動齒輪旋轉(zhuǎn)；所述調(diào)剛度直流電機(jī)通過螺栓與電機(jī)固定支架固定連接在上圓盤；所述調(diào)剛度輸入齒輪通過鍵與調(diào)剛度直流電機(jī)軸連接；所述調(diào)剛度從動齒輪通過齒輪嚙合與調(diào)剛度輸入齒輪配合連接，與調(diào)剛度軸為非固定連接，可相對調(diào)剛度軸旋轉(zhuǎn)；所述扭簧與調(diào)剛度軸同軸，扭簧一端與三級從動齒輪固定連接，另一端與調(diào)剛度從動齒輪固定連接。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可變剛度的柔性關(guān)節(jié)具有以下優(yōu)點及有益效果:1、所設(shè)計的可變剛度柔性關(guān)節(jié)，通過兩次齒輪變速，可以加大異形齒輪的旋轉(zhuǎn)角度，這樣即使關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度較小，也可以實現(xiàn)剛度較大范圍的調(diào)節(jié)；2、本實用新型設(shè)計了特殊彈性機(jī)構(gòu)(即異形齒輪和扭簧)，與剛性連接相比，能夠存儲/釋放能量和吸收沖擊；3、本實用新型具有被動變剛度的特性，關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時，帶動一對異形齒輪旋轉(zhuǎn)，改變傳動比，從動異形齒輪通過齒輪與扭簧間接連接，從而異形齒輪傳動比的改變導(dǎo)致彈性元件輸出剛度的改變；4、本實用新型也具有主動變剛度特性，調(diào)剛度直流電機(jī)通過齒輪旋轉(zhuǎn)改變彈性元件的預(yù)緊量，進(jìn)而改變關(guān)節(jié)輸出剛度，以適應(yīng)不同步行階段關(guān)節(jié)剛度需要；5、本實用新型提出的可變剛度柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于安裝，具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型可變剛度的柔性關(guān)節(jié)一種實施例的外型立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本實用新型可變剛度的柔性關(guān)節(jié)一種實施例的去除外罩和調(diào)剛度外殼后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本實用新型可變剛度的柔性關(guān)節(jié)一種實施例的去除調(diào)剛度外殼后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4為本實用新型可變剛度的柔性關(guān)節(jié)一種實施例的一對異形齒輪的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5為本實用新型可變剛度的柔性關(guān)節(jié)一種實施例的整體剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例及其附圖進(jìn)一步敘述本實用新型。但本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于所述實施例的描述范圍。
[0016]本實用新型設(shè)計的可變剛度的柔性關(guān)節(jié)(簡稱柔性關(guān)節(jié)，參見圖1-5)，其特征在于該柔性關(guān)節(jié)包括