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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CN108890689A(43)申请公布日2018.11.27(21)申请号201810847070.9(22)申请日2018.07.27(71)申请人北京航天控制仪器研究所地址100854北京市海淀区142信箱403分箱(72)发明人易科胜任武于斌(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人任林冲(51)Int.Cl.B25J17/02(2006.01)B25J19/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种柔性机器人变刚度关节(57)摘要本发明公开了一种柔性机器人变刚度关节,包括主电机模块、中间凸轮滚子模块、刚度调节模块和测量系统,主电机模块中的输出法兰盘Ⅱ与中间凸轮滚子模块中的花键轴固定连接,将主电机模块的扭矩传递到中间凸轮滚子模块;凸轮滚子模块包括上凸轮盘、中间圆盘和下凸轮盘,上凸轮盘和下凸轮盘上设计有相同的曲面形状,上凸轮盘可以在花键轴上轴向滑动与周向滚动,上凸轮盘与主电机模块中的法兰盘之间安装有模具弹簧,上凸轮盘压缩模具弹簧导致上凸轮盘自身扭矩发生变化;下凸轮盘与刚度调节模块中的输出法兰盘Ⅰ固定连接。CN108890689ACN108890689A权利要求书1/2页1.一种柔性机器人变刚度关节,其特征在于,包括主电机模块(A1)、中间凸轮滚子模块(A2)、刚度调节模块(A3)和测量系统,主电机模块(A1)中的输出法兰盘Ⅱ(38)与中间凸轮滚子模块(A2)中的花键轴(8)固定连接,将主电机模块(A1)的扭矩传递到中间凸轮滚子模块(A2);凸轮滚子模块(A2)包括上凸轮盘(9)、中间圆盘(10)和下凸轮盘(11),上凸轮盘(9)和下凸轮盘(11)上设计有相同的曲面形状,上凸轮盘(9)可以在花键轴(8)上轴向滑动与周向滚动,上凸轮盘(9)与主电机模块(A1)中的法兰盘之间安装有模具弹簧(39),上凸轮盘(9)压缩模具弹簧(39)导致上凸轮盘(9)自身扭矩发生变化;下凸轮盘(11)与刚度调节模块(A3)中的输出法兰盘Ⅰ(36)固定连接。2.如权利要求1所述的一种柔性机器人变刚度关节,其特征在于,工作时,主电机模块(A1)带动花键轴(8)旋转,进而带动中间圆盘(10)同步旋转,上凸轮盘(9)和下凸轮盘(11)绕花键轴(8)同步旋转,上凸轮盘(9)和中间圆盘(10)沿着花键轴(8)轴向滑动及周向不同步旋转,上凸轮盘(9)压缩模具弹簧(39),通过测量系统实时测量上凸轮盘(9)和中间圆盘(10)之间的动态夹角,控制主电机模块(A1)旋转,控制上凸轮盘(9)与中间圆盘(10)之间扭矩大小,直至使动态夹角与目标刚度对应角一致,进而确定关节刚度的变化大小。3.如权利要求1所述的一种柔性机器人变刚度关节,其特征在于,主电机模块(A1)包括主电机(1)、主电机支座(2)、谐波减速器(3)、主电机轴套(4)、波发生器(5)、刚轮(6)、输出盘(7)和输出法兰盘Ⅱ(38),主电机(1)的外壳固定于主电机支座(2)上,主电机(1)的输出轴通过主电机轴套(4)与谐波减速器(3)的波发生器(5)连接,谐波减速器(3)的刚轮(6)与主电机支座(2)固定连接,谐波减速器(3)的柔轮与输出盘(7)固定连接,主电机(1)的输出轴与主电机轴套(4)固定连接。4.如权利要求1所述的一种柔性机器人变刚度关节,其特征在于,中间凸轮滚子模块(A2)包括花键轴(8)、上凸轮盘(9)、中间圆盘(10)、下凸轮盘(11)、螺栓轴(12)、小型深沟球轴承(13)、球形滚子套(14)和套筒Ⅰ(15),中间圆盘(10)的圆周方向开有六个等径的螺纹孔,球形滚子套(14)里面装有小型深沟球轴承(13)组成滚子组件,螺栓轴(12)将六个滚子组件固定于中间圆盘(10),并用套筒Ⅰ(15)进行径向定位。5.如权利要求4所述的一种柔性机器人变刚度关节,其特征在于,所述的中间圆盘(10)与花键轴(8)是通过花键形式连接的,花键轴(8)带动中间圆盘(10)旋转,中间圆盘(10)可沿花键轴(8)轴向滑动。6.如权利要求1所述的一种柔性机器人变刚度关节,其特征在于,刚度调节电机(16)不旋转时,上凸轮盘(9)相对下凸轮盘(11)只能进行轴向移动;刚度调节电机(16)旋转时,调节了上凸轮盘(9)与下凸轮盘(11)之间的相对角度,导致了上凸轮盘(9)轴向距离的变化,继而压缩弹簧(39)。由于弹簧反力和曲面的作用,使得上凸轮盘(9)、中间圆盘(10)和下凸轮盘(11)产生了绕各自旋转轴的扭矩。7.如权利要求1所述的一种柔性机器人变刚度关节,其特征在于,刚度调节模块(A3)包括刚度调节电机(16)、星形减速机(17)、固定支座(18)、防尘盖(19)、主动直齿轮(20)、从动直齿轮(21)