一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构.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CN113084861A(43)申请公布日2021.07.09(21)申请号202110433596.4(22)申请日2021.04.20(71)申请人沈阳理工大学地址110159辽宁省沈阳市浑南区南屏中路6号(72)发明人孙龙飞都智勇(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人李珉(51)Int.Cl.B25J17/00(2006.01)B25J17/02(2006.01)B25J9/12(2006.01)B25J9/10(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构(57)摘要一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构，包括基座、绳索、变刚度电机；所述基座的竖向基体一端加工成腰形盲孔，另一端加工有与腰形盲孔连通的上通孔和下通孔，下通孔内通过轴承安装有转轴Ⅰ，转轴Ⅰ一端依次连接有减速器和位置伺服电机，另一端位于腰形盲孔内部分安装有小带轮；上通孔内通过交叉滚子轴承Ⅰ与输出圆盘的轴体转动安装，且交叉滚子轴承Ⅰ的端面与输出圆盘的圆盘一端固定连接，输出圆盘的轴体位于腰形盲孔内部分安装有大带轮，在大带轮与小带轮之间安装有同步带，输出圆盘的圆盘通过交叉滚子轴承Ⅱ依次与连杆圆盘及变刚度装置连接。变刚度装置通过快速调整永磁弹簧及绳索布置方式改变刚度调节范围，适用范围更为广泛。CN113084861ACN113084861A权利要求书1/1页1.一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构，其特征在于，包括基座、绳索、变刚度电机；所述基座的竖向基体一端加工成腰形盲孔，另一端加工有与腰形盲孔连通的上通孔和下通孔，下通孔内通过轴承安装有转轴Ⅰ，转轴Ⅰ一端依次连接有减速器和位置伺服电机，且减速器底端固定安装在基座上表面处，另一端位于腰形盲孔内部分安装有小带轮；所述输出圆盘为带有轴体的圆盘，上通孔内通过交叉滚子轴承Ⅰ与输出圆盘的轴体转动安装，且交叉滚子轴承Ⅰ的端面与输出圆盘的圆盘一端固定连接，输出圆盘的轴体位于腰形盲孔内部分安装有大带轮，在大带轮与小带轮之间安装有同步带，输出圆盘的圆盘另一端面与交叉滚子轴承Ⅱ一端固定连接，交叉滚子轴承Ⅱ另一端与连杆圆盘的圆盘部分一端连接，连杆圆盘的圆盘部分另一端安装有变刚度装置。2.根据权利要求1所述的一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构，其特征在于：所述变刚度装置包括外壳、多个导轨滑块组件，所述多个导轨滑块组件安装于连杆圆盘部分的阶梯盲孔的孔底处，且沿周向等间距布置，导轨滑块组件上布置一个固定永磁体和两个移动永磁体，两个移动永磁体之间设置固定永磁体，所述阶梯盲孔的孔底与梯形丝杠一端连接，梯形丝杠上螺纹连接有丝母，所述丝母、固定永磁体、移动永磁体及阶梯盲孔的台阶面上均安装有穿线座，绳索一端固定在丝母的穿线座上，另一端穿过阶梯盲孔的台阶面上的穿线座分成两根分绳索，其中一个分绳索穿过固定永磁体上的其中一个穿线座与其中一个移动永磁体上的穿线座连接，另一个分绳索穿过固定永磁体上的另一个穿线座与另一个移动永磁体上的穿线座连接；所述外壳大径端通过螺栓固定在连杆圆盘的圆盘部分上，外壳小径端通过带有轴承的端盖安装有变刚度电机，变刚度电机的输出轴末端与梯形丝杠另一端连接。3.根据权利要求2所述的一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构，其特征在于：所述固定永磁体和移动永磁体的同极相对布置形成永磁弹簧。2CN113084861A说明书1/3页一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构技术领域[0001]本发明属于柔性机器人系统的串联可重构变刚度关节结构技术领域，具体涉及一种基于永磁弹簧的串联可重构变刚度机器人关节结构。背景技术[0002]当前，机器人已渗透到人们日常生产生活的各个方面并呈现爆发式增长态势，面向智能工厂、助老助残服务、医疗和教育娱乐等领域的机器人与人共融的需求逐渐增多。人机交互的安全性问题逐渐受到重视。利用柔性变刚度关节驱动器实现机器人的柔顺性和主动适应性受到越来越多研究人员的关注。[0003]目前，变刚度关节驱动器主要采用如下几种方案：①采用基于力传感器的阻抗控制，由于传感器精度、稳定性和控制系统带宽的限制，并没有得到广泛应用；②采用机械式变刚度装置调节刚度，结构形式灵活多样，成本低，但机械式变刚度增加了结构复杂性，增大了关节的转动惯量；③电致聚合物类人工肌肉或形状记忆合金等新兴智能材料，使关节柔性表现出高韧性、高传动应变和内在减震能力，受到越来越多的学者关注。[0004]变刚度柔性关节的结构形式多种多样，性能特点各异，在实际应用中仍然存在一些需要克服的问题。1)变刚度关节的刚度调节范围与刚度调节精度存在矛盾，如弹簧预拉伸长度