一种机器人变刚度关节

本技术涉及机器人，具体涉及一种机器人变刚度关节。

背景技术：

1、随着机器人技术的快速发展，其在工业制造、医疗护理、家庭服务等领域的应用日益广泛，人机协同场景的复杂性和安全性需求显著提升。

2、传统机器人安全策略多依赖刚性材料与高能耗驱动系统，虽能保障基础稳定性，却存在以下技术瓶颈：现有方案为实现高承载力常采用大功率电机及冗余结构，导致系统能耗高、重量大，且制造成本难以控制。例如，工业机器人关节多依赖刚性传动，虽能维持精度，但长时间运行能耗激增，轻量化设计受限。刚性结构虽能提升负载能力，但缺乏柔性缓冲机制，易因突发冲击导致机械损伤，且模块化程度低，维护需整体拆卸，效率低下。现有控制算法对多传感器数据的融合能力不足，难以实现高精度动态调整，尤其在变负载条件下易出现轨迹偏差。

3、综上，现有的机器人技术存在能耗高、成本高、结构复杂、实用性低的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于克服上述技术不足，提出一种机器人变刚度关节，解决现有技术中能耗高、成本高、结构复杂、实用性低的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本申请采取了以下技术方案：

3、本申请提供了一种机器人变刚度关节，包括关节单元和调节单元。

4、关节单元，包括输入盘、输出盘和密闭套环，所述输入盘与所述输出盘同轴相对布置，所述密闭套环密封连接所述输入盘与所述输出盘的周向外缘；

5、调节单元，包括驱动机构、调刚机构、变刚机构和制冷机构，所述驱动机构包括多个记忆弹簧直线驱动器，多个所述记忆弹簧直线驱动器周向固定于所述输入盘朝向所述输出盘的侧面，所述记忆弹簧直线驱动器内置有线性霍尔传感器，所述调刚机构的一端与所述记忆弹簧直线驱动器的动力输出端连接，其另一端与所述变刚机构滑动连接，所述变刚机构的另一端固定于所述输出盘朝向所述输入盘的侧面，所述制冷机构安装于所述记忆弹簧直线驱动器内部。

6、在本申请的一些实施例中，所述记忆弹簧直线驱动器包括基座，铜缸、加热金属丝、记忆合金弹簧，所述基座固定于所述输入盘，所述铜缸设置于所述基座的内腔中，所述加热金属丝缠绕于所述铜缸外壁，所述记忆合金弹簧的一端与所述基座连接，另一端与所述调刚机构连接。

7、在本申请的一些实施例中，所述制冷机构包括半导体制冷片，所述半导体制冷片置于所述基座与所述铜缸之间且与所述铜缸的外壁贴附。

8、在本申请的一些实施例中，所述调刚机构包括复位弹簧、活塞、活塞内环，所述复位弹簧同轴设于所述记忆合金弹簧内部且与所述线性霍尔传感器连接，所述活塞设置于所述铜缸内部且一端与所述记忆合金弹簧连接，所述活塞内环与所述活塞的另一端连接且与所述变刚机构滑动连接。

9、在本申请的一些实施例中，所述活塞包括相互连接的第一活塞段和第二活塞段，所述第二活塞段的直径小于所述第一活塞段的直径，所述第二活塞段的端部设有外螺纹且通过所述外螺纹与所述复位弹簧套接，所述第一活塞段的端部设有内螺纹且通过所述内螺纹与所述活塞内环连接。

10、在本申请的一些实施例中，所述记忆弹簧直线驱动器包括磁铁，所述磁铁固定贴附于所述第二活塞段的端部。

11、在本申请的一些实施例中，所述变刚机构包括叶片弹簧和夹持座，所述夹持座固定安装于所述输出盘，所述叶片弹簧的一端插入所述夹持座内，另一端插入所述活塞内环的内孔中且沿所述内孔轴向滑动。

12、在本申请的一些实施例中，还包括角度检测机构，所述角度检测机构包括单圈绝对式编码器读头、编码器磁环和编码器读头安装环，所述编码器读头安装环固定在多个所述基座远离所述输入盘的一侧，所述单圈绝对式编码器读头安装在所述编码器读头安装环上，所述编码器磁环固定于所述输出盘。

13、在本申请的一些实施例中，还包括单片机，所述单片机分别与所述线性霍尔传感器、所述加热金属丝、所述制冷机构电性连接。

14、在本申请的一些实施例中，还包括连接件，所述连接件包括中空轴，所述中空轴贯通连接所述输入盘、所述输出盘，所述中空轴的侧壁开设有通气孔，所述通气孔与所述记忆弹簧直线驱动器的空腔连通。

15、与现有技术相比，本申请提供的技术方案带来的有益技术效果包括：

16、本申请通过采用记忆弹簧直线驱动器作为刚度调节的动力源，大大缩小了该机器人变刚度关节的体积；通过密闭套环加强了关节支撑，克服了输入、输出盘间的晃动而导致的关节编码器输出数据跳变不准的问题；通过线性霍尔传感器探头检测调刚机构的位置变化，从而得到关节的整体刚度变化。通过制冷机构使得关节整体达到双制模式，提高控制精度，克服了纯加热模式下为避免超调而延缓了调节时间的问题。

1.一种机器人变刚度关节，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的机器人变刚度关节，其特征在于，所述记忆弹簧直线驱动器包括基座，铜缸、加热金属丝、记忆合金弹簧，所述基座固定于所述输入盘，所述铜缸设置于所述基座的内腔中，所述加热金属丝缠绕于所述铜缸外壁，所述记忆合金弹簧的一端与所述基座连接，另一端与所述调刚机构连接。

3.根据权利要求2所述的机器人变刚度关节，其特征在于，所述制冷机构包括半导体制冷片，所述半导体制冷片置于所述基座与所述铜缸之间且与所述铜缸的外壁贴附。

4.根据权利要求2所述的机器人变刚度关节，其特征在于，所述调刚机构包括复位弹簧、活塞、活塞内环，所述复位弹簧同轴设于所述记忆合金弹簧内部且与所述线性霍尔传感器连接，所述活塞设置于所述铜缸内部且一端与所述记忆合金弹簧连接，所述活塞内环与所述活塞的另一端连接且与所述变刚机构滑动连接。

5.根据权利要求4所述的机器人变刚度关节，其特征在于，所述活塞包括相互连接的第一活塞段和第二活塞段，所述第二活塞段的直径小于所述第一活塞段的直径，所述第二活塞段的端部设有外螺纹且通过所述外螺纹与所述复位弹簧套接，所述第一活塞段的端部设有内螺纹且通过所述内螺纹与所述活塞内环连接。

6.根据权利要求5所述的机器人变刚度关节，其特征在于，所述记忆弹簧直线驱动器包括磁铁，所述磁铁固定贴附于所述第二活塞段的端部。

7.根据权利要求4所述的机器人变刚度关节，其特征在于，所述变刚机构包括叶片弹簧和夹持座，所述夹持座固定安装于所述输出盘，所述叶片弹簧的一端插入所述夹持座内，另一端插入所述活塞内环的内孔中且沿所述内孔轴向滑动。

8.根据权利要求2所述的机器人变刚度关节，其特征在于，还包括角度检测机构，所述角度检测机构包括单圈绝对式编码器读头、编码器磁环和编码器读头安装环，所述编码器读头安装环固定在多个所述基座远离所述输入盘的一侧，所述单圈绝对式编码器读头安装在所述编码器读头安装环上，所述编码器磁环固定于所述输出盘。

9.根据权利要求2所述的机器人变刚度关节，其特征在于，还包括单片机，所述单片机分别与所述线性霍尔传感器、所述加热金属丝、所述制冷机构电性连接。

10.根据权利要求1所述的机器人变刚度关节，其特征在于，还包括连接件，所述连接件包括中空轴，所述中空轴贯通连接所述输入盘、所述输出盘，所述中空轴的侧壁开设有通气孔，所述通气孔与所述记忆弹簧直线驱动器的空腔连通。