一种柔性主-被动变刚度关节.pdf

(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CN110744584A(43)申请公布日2020.02.04(21)申请号201911199869.2(22)申请日2019.11.29(71)申请人河北工业大学地址300130天津市红桥区丁字沽光荣道8号河北工业大学东院330#(72)发明人曹东兴王强曲祥旭郝振国屈茹恒(74)专利代理机构天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙)12210代理人张国荣(51)Int.Cl.B25J17/00(2006.01)B25J17/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种柔性主-被动变刚度关节(57)摘要本发明公开一种柔性主-被动变刚度关节，该关节包括步进电机、电机安装座、第一固定板、微型直齿轮组、外壳体、第二固定板、输出盘、输出板、中心轴、第一压块、第一板簧、第一侧板、第一滑块、第一微型轴承、丝杠滑块、第一轴套、第二轴套、第二压块、第二板簧、第二滑块、第二微型轴承、第三轴套、第二侧板、第二微型轴组、第一微型轴组、螺母；该关节中通过实现板簧挠度变化与支撑点的变化，输出柔性驱动力矩，实现关节的主-被动变刚度功能，提高了人机交互时人体的安全性。板簧采用对称设计，提高关节输出扭矩，增大刚度变化范围，同时关节采用丝杠螺母和微型齿轮组减速形式对轴向力进行放大，结构紧凑，减小了电机的功率需求。CN110744584ACN110744584A权利要求书1/2页1.一种柔性主-被动变刚度关节，其特征在于，该关节包括步进电机、电机安装座、第一固定板、微型直齿轮组、外壳体、第二固定板、输出盘、输出板、中心轴、第一压块、第一板簧、第一侧板、第一滑块、第一微型轴承、方形丝杠滑块、第一轴套、第二轴套、第二压块、第二板簧、第二滑块、第二微型轴承、第三轴套、第二侧板、第二微型轴组、第一微型轴组、螺母；所述步进电机通过电机安装座安装在第一固定板上，步进电机输出端连接微型直齿轮组的一端，微型直齿轮组的另一端连接中心轴；第一固定板与第二固定板的外周端面之间通过两片相对安装的圆弧形的外壳体连接；第一微型轴组、方形丝杠滑块、第二微型轴组从上到下依次均匀安装在平行设置的第一侧板、第二侧板之间；方形丝杠滑块通过中心轴安装在第一固定板与第二固定板之间，第一侧板和第二侧板与中心轴垂直而不相交，且第一侧板和第二侧板均比外壳体的高度要高；第一微型轴组与第二微型轴组均包含两根轴，第一板簧的中部设置在第一微型轴组的两根轴之间，第二板簧的中部设置在第二微型轴组的两根轴之间，第一板簧和第二板簧的结构相同，两根轴之间的距离为板簧的厚度；第一板簧的一端设置在第二固定板的一侧上，其另一端通过第一压块固定在第一固定板的一侧上；第二板簧的一端设置在第二固定板的另一侧上，其另一端通过第二压块固定在第一固定板的另一侧上；微型直齿轮组包括固定在中心轴上的从动齿轮、安装在第一固定板外侧面上的传动齿轮和固定在步进电机输出端上的主动齿轮，主动齿轮与传动齿轮啮合，传动齿轮与从动齿轮啮合；所述中心轴为阶梯轴，中部是带螺纹的丝杠轴段，在丝杠轴段的两侧均衔接了一段第一光轴，右侧的第一光轴的末端设有通孔，该通孔用于安装从动齿轮；左侧的第一光轴的末端衔接有第二光轴，第二光轴的末端部分的外周设置有螺纹，第一光轴、第二光轴、丝杠轴段两两之间存在轴肩；中心轴水平安装在输出盘、第二固定板、方形丝杠滑块、第一固定板的中部，其中第二光轴的中段通过第三轴套安装在输出盘的中部，其末端安装有螺母；左侧的第一光轴通过第二轴套安装在第二固定板的中部；丝杠轴段位于方形丝杠滑块的中部通孔内，并与其啮合连接；右侧的第一光轴通过第一轴套安装在第一固定板的中部；第一固定板的外侧面的一端设置有安装孔，用于安装传动齿轮，右侧的第一光轴的末端通孔上安装的从动齿轮与传动齿轮一侧的外周周向啮合，传动齿轮的另一侧的外周与步进电机输出端上安装的主动齿轮周向啮合；所述输出盘的中部设置有通孔，用于安装中心轴；在其通孔的两侧绕通孔设置有两道曲线滑道，两道曲线滑道的靠近通孔的一端的连线的中点为通孔的圆心，两道曲线滑道的远离通孔的一端的连线的中点也为通孔的圆心；输出盘一侧的边缘位置设置有安装孔用于连接输出板；第二固定板的中部设置有用于安装中心轴的通孔，其上、下两侧相对的设置有矩形槽道，分别为一号滑道与二号滑道，第一滑块的右侧位于一号滑道内，其左侧通过第一微型轴承安装在一道曲线滑道内；第二滑块的右侧位于二号滑道内，其左侧通过第二微型轴承安在另一道曲线滑道内；第一滑块的外侧与第一板簧内侧接触，第二滑块的的外侧与第二板簧的内侧接触；第一固定板的中部设置有用于安装中心轴的通孔，其上、下两侧相对的设置有“T”形槽道，两个“T”形槽道两侧的台阶上均设置有用于分别安装第一压块和第二压块的安装