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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106363658A(43)申请公布日2017.02.01(21)申请号201610950135.3(22)申请日2016.10.26(71)申请人北京控制工程研究所地址100080北京市海淀区北京2729信箱(72)发明人胡勇张世俊王勇王丽娇(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人安丽(51)Int.Cl.B25J17/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种可级联扩展的变刚度机器人关节(57)摘要本发明涉及一种可级联扩展的变刚度机器人关节,采用槽轮、钢丝和弯片弹簧组成的柔性轴盘机构提供形变力矩,利用由支撑架、涡轮蜗杆、伺服电机组成的旋转支撑机构唯一确定轴盘机构上轴对称分布的圆弧弯片弹簧的工作端点位置,进行关节刚度的高精度调节,关节的储能能力可以通过改变柔性轴盘机构的级联个数来调整,采用一种差分齿轮组机构实现机器人关节旋转、关节电机旋转、以及弹性机构旋转的耦合运动,以同时改变关节平衡位置和关节刚度,实现正反旋转刚度可调。CN106363658ACN106363658A权利要求书1/1页1.一种可级联扩展的变刚度机器人关节,其特征在于包括:柔性轴盘机构(26)、差分齿轮机构(33)、旋转支撑机构(36)、顶盖(21)、底部外壳(13)和齿轮保持架外壳(31);所述柔性轴盘机构(26)包括圆弧板簧安装座(8),对称分布的三片圆弧板簧(9)安装在圆弧板簧安装座(8)内侧,每片圆弧板簧的一端通过圆弧板簧压紧块(25)和圆弧板簧安装座(8)固连,每片圆弧板簧的另一端和两股软钢丝(39)连接,两股软钢丝(39)分别绕过安装于铝套固定轴(23)上的铝套(24)的凹槽,固定在槽轮(10)的槽孔内,两股软钢丝分别在槽轮(10)正转和反转时拉动对应圆弧板簧的自由端;所述差分齿轮机构(33)包括齿轮保持架(32),齿轮保持架(32)上安装了四个伞齿轮,分别是从动伞齿轮(14)、主动伞齿轮(16)、行星伞齿轮A(15)和行星伞齿轮B(30);行星伞齿轮A(15)和行星伞齿轮B(30)通过销轴(29)连接确保转轴同心,从动伞齿轮(14)通过从动轮连接轴(28)和柔性轴盘机构(26)中的槽轮(10)的转轴固连,从动轮连接轴(28)和底部外壳(13)为轴承连接,轴承压盖(27)和保持架上轴承圈(37)用于定位轴承;主动伞齿轮(16)通过外同步带轮轴(18)和外同步带轮(35)固连,齿轮保持架(32)通过保持架下轴承连接轴(17)和内同步带轮(34)固连,齿轮保持架外壳(31)和保持架下轴承连接轴(17)轴承连接,齿轮保持架外壳(31)和底部外壳(13)固连;所述旋转支撑机构(36)包括伺服电机(20),伺服电机(20)通过伺服电机支架(19)固连在顶盖(21)上,伺服电机(20)通过同步皮带轮(1)、同步皮带(2)、同步皮带轮(5)驱动蜗轮蜗杆机构,蜗杆(22)通过蜗杆连接轴(4)和同步皮带轮(5)固连,蜗杆(22)及其固连的转轴与三个蜗杆的轴承支架(3)通过轴承连接,轴承支架(3)固连在顶盖(21)上;蜗轮(6)和调节轴上三角板(7)的中心固连,调节轴上三角板(7)和调节轴下三角板(12)通过三根圆弧板簧调节轴(11)固连。2.根据权利要求1的可级联扩展的变刚度机器人关节,其特征在于:所述三根圆弧板簧调节轴(11)分别穿过圆弧板簧安装座(8)上的三个槽形孔(38),由驱动电机(20)驱动三根调节轴(11)绕中心旋转,调节轴(11)的位置决定了柔性轴盘机构(26)中圆弧板簧(9)的支撑位置,不同的支撑位置决定了柔性轴盘机构(26)的刚度大小。3.根据权利要求1或2所述的可级联扩展的变刚度机器人关节,其特征在于:所述柔性轴盘机构(26)的个数大于等于1,当柔性轴盘机构(26)的个数大于1时,多个圆弧板簧安装座(8)可通过螺丝级联安装,多个槽轮(10)的中心转轴的首尾用键连接顺序级联,这时需根据柔性轴盘机构(26)的级联个数调整三根圆弧板簧调节轴(11)的长度,其他部件无需改变。4.根据权利要求1所述的可级联扩展的变刚度机器人关节,其特征在于:所述软钢丝(39)固定在槽轮(10)的槽孔内的一端应与槽轮槽底圆相切。5.根据权利要求1所述的可级联扩展的变刚度机器人关节,其特征在于:所述差分齿轮机构(33)中的内同步带轮(34)用于驱动机器人关节旋转,外同步带轮(35)的驱动力由外部驱动机构提供。6.根据权利要求1所述的可级联扩展的变刚度机器人关节,其特征在于:所述四个伞齿轮和齿轮保持架(32)均为轴承连接。2CN106363658A说明书1/4页一种可级联扩展的变刚度机器人关节技术领域[0001]本发明涉及一种可级联扩展的变刚度机器人关