一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节的制作方法

1.本发明涉及机器人柔性关节领域，尤其涉及一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节。


背景技术：

2.同传统柔性关节相比，可变刚度柔性关节可以通过一定的控制策略实现机器人在不同工作状态下关节刚度的变化，这与人类肌肉具有相似的特征，即在普通工作状态下保持较高的刚度，在发生碰撞时能够产生一定的柔顺性，缓解碰撞冲击，防止对接触物造成进一步的伤害。另外，弹性元件的引入使得碰撞时关节可以存储能量，在一定程度上提高了能量的利用效率，因此，可变刚度柔性关节的引入，使得机器人在保证关节运动性能的同时兼具了环境安全性，在当前机械行业“工业4.0”和“中国制造2025”的大背景下，具有广阔的应用背景和重要研究意义。
3.专利号为201721547542.6的发明专利公开了一种基于杠杆机构的可变刚度柔性关节，包括用于提供驱动关节运动所需动力的关节驱动端、刚度调节机构和用于带动关节负载运动的关节输出端；所述刚度调节机构两端分别与关节驱动端和关节输出端刚性连接，所述关节输出端与关节负载相连接，且关节输出端安装有输出编码器；所述关节驱动端包括关节支架、谐波减速器和安装有编码器的关节驱动电机。其刚度调节电机设于关节电机的输出端，这样不仅要求刚度调节电机尺寸较小，同时增加了刚度调节机构的轴向尺寸，不利于关节电机的安装。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提出一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节。
5.为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，包括关节电机和可调刚度机构，所述的可调刚度机构包括刚度调节电机、刚度调节机构、弹性件和关节输出端；所述关节电机设有贯通轴；所述刚度调节电机与关节电机连接；所述刚度调节电机的驱动轴与刚度调节机构固定连接；所述刚度调节机构与关节电机的输出端连接；所述弹性件的一端与刚度调节机构连接，另一端与关节输出端连接。
6.进一步地，所述关节电机与刚度调节电机同轴布置；所述关节电机的贯通轴用于放置刚度调节电机的驱动轴。
7.进一步地，所述弹性件为弹簧或簧片。
8.进一步地，所述关节电机的输出端与关节输出端同轴布置。
9.进一步地，所述关节输出端对应设置有关节输出端约束机构，用于保证关节输出端绕轴心转动。
10.与现有技术相比，采用了上述技术方案的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，具有如下有益效果：
11.1、采用本发明的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，减小了可变刚度柔性关节
的径向尺寸，不仅可以让可变刚度柔性关节与普通一体化关节可以共用安装面，进而实现互换，而且有利于可变刚度柔性关节的模块化设计和使用；
12.2、采用本发明的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，充分拓展利用了关节电机的中空轴，最大限度的节省了安装空间，包括可变刚度柔性关节的安装空间和刚度调节电机的安装空间。
13.3、采用本发明的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，通过调整关节电机和刚度调节电机的外形尺寸，可以在不增加额外空间的条件下，使可变刚度柔性关节的外观更趋近一个成熟的一体化产品，而不是两个功能模块的堆叠。
14.4、采用本发明的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，可调刚度机构轴向尺寸较小，使得关节电机离安装板更近，有利于改善电机受力情况，布局更合理。
附图说明
15.图1为本发明一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节实施例的剖面结构示意图；
16.图2为本发明一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节实施例的局部剖面结构示意图。
17.附图标记：1、关节电机；11、贯通轴；12、电机输出端；13、电机尾部外壳；21、刚度调节电机；22、驱动轴；23、刚度调节机构；24、弹性件；25、关节输出端；26、空腔；27输出端约束机构。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明做进一步描述。
19.如图1和图2所示的一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，包括关节电机1和可调刚度机构，所述的可调刚度机构2包括刚度调节电机21、驱动轴22、刚度调节机构23、弹性件24和关节输出端25。所述关节电机1和可调刚度机构2同轴布置。所述的关节电机1设有用于容置所述驱动轴22的贯通轴11和用于输出关节电机力矩的电机输出端12。所述刚度调节电机21与关节电机1连接，并固定设于关节电机的电机尾部外壳13上。所述刚度调节电机21的驱动轴22的末端与刚度调节机构23固定连接，即驱动轴22带动刚度调节机构23绕轴转动。所述刚度调节机构23设于关节输出端25和电机输出端12之间，所述刚度调节机构23与关节电机1的输出端12连接；所述弹性件24的一端与刚度调节机构23连接，另一端与关节输出端25连接。所述关节输出端25为盖状结构，所述刚度调节机构23和弹性件24位于关节输出端25的盖状结构内。所述关节输出端25盖状结构的盖口出设置有圆环形向内凸起的结构作为关节输出端约束机构27，用于保证关节输出端25绕轴心转动。刚度调节机构23和关节输出端25间形成空腔26。所述关节输出端约束机构27与电机输出端25转动连接。
20.进一步地，根据转子部分对应的关节电机的空心轴段是否与关节输出端12的中心过孔为一体，可将述关节电机的贯通轴分为两端或三段。其中，所述关节电机的贯通轴可由三段组成，具体为：刚度调节电机的尾部设于关节电机轴线上的尾孔，中间关节电机的转子部分对应的空心轴和关节输出端设于关节电机轴线上的过孔。所述关节电机的贯通轴可由两段组成，具体为：刚度调节电机的尾部设于关节电机轴线上的尾孔，关节输出端及其延伸轴上设于关节电机轴线上的贯穿孔。
21.综上所述，本发明提出的基于贯通轴的可变刚度柔性关节减小了可变刚度柔性关节的径向尺寸，充分拓展利用了关节电机的中空轴，最大限度的节省了安装空间，减小了可变刚度柔性关节的径向尺寸，不仅可以让可变刚度柔性关节与普通一体化关节可以共用安装面，进而实现互换，更有利于可变刚度柔性关节的模块化设计和使用；有利于改善电机受力情况，布局更合理。
22.以上所述是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，其特征在于,包括关节电机(1)和可调刚度机构，所述的可调刚度机构包括刚度调节电机(21)、刚度调节机构(23)、弹性件(24)和关节输出端(25)；所述关节电机(1)和可调刚度机构(2)同轴布置；所述关节电机(1)设有贯通轴(11)；所述刚度调节电机位于关节电机(1)后端；所述刚度调节电机(21)的驱动轴(22)穿过贯通轴(11)与刚度调节机构(23)固定连接；所述刚度调节机构(23)与关节电机(1)的输出端(12)连接；所述弹性件(24)的一端与刚度调节机构(23)连接，另一端与关节输出端(25)连接。2.根据权利要求1所述的基于贯通轴的可变刚度柔性关节，其特征在于,所述关节电机(1)与刚度调节电机(21)同轴布置。3.根据权利要求1所述的基于贯通轴的可变刚度柔性关节，其特征在于,所述关节输出端(25)为盖状结构，所述刚度调节机构(23)和弹性件(24)位于关节输出端(25)的盖状结构内。4.根据权利要求1所述的基于贯通轴的可变刚度柔性关节，其特征在于,所述弹性件(24)为弹簧或簧片。5.根据权利要求1所述的基于贯通轴的可变刚度柔性关节，其特征在于,所述关节电机(1)的输出端(12)与关节输出端(25)同轴布置。6.根据权利要求1所述的基于贯通轴的可变刚度柔性关节，其特征在于,所述关节输出端(25)对应设置有关节输出端约束机构(27)，用于保证关节输出端(25)绕轴心转动。

技术总结
本发明公开了一种基于贯通轴的可变刚度柔性关节，解决了柔性关节刚度调节机构复杂、体积臃肿的问题，其技术方案要点是包括关节电机和可调刚度机构，所述的可调刚度机构包括刚度调节电机、驱动轴、刚度调节机构、弹性件和关节输出端，所述的关节电机设有用于容置所述驱动轴的贯通轴和用于输出关节电机力矩的电机输出端，所述刚度调节电机固定设于关节电机尾部外壳上，所述刚度调节机构设于关节输出端和电机输出端之间，所述驱动轴两端分别固定连接所述刚度调节电机和刚度调节机构，所述驱动轴与关节电机同轴，所述弹性件连接刚度调节机构和关节输出端，达到了充分利用关节电机的贯通轴来减小可变刚度柔性关节径向尺寸的目的。轴来减小可变刚度柔性关节径向尺寸的目的。轴来减小可变刚度柔性关节径向尺寸的目的。


技术研发人员：陈令凯 张兰 黄冠宇 孔令雨 蔡建东 谢安桓 张丹
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/3