蘭16與中部轉盤18固聯(lián)。六個轉輪20分為三組，兩個為一組均勻鉸接在中部轉盤18的側邊，每組的兩個轉輪20與中部轉盤18的旋轉平面平行，六個轉輪20均可以自由旋轉。前凸輪板13的內圈壓緊在前凸輪板法蘭16上，外圈如圖7、圖9所示，通過三組凹槽與柔性關節(jié)外殼22的內圈周向固定，前凸輪板13可以相對柔性關節(jié)外殼22軸向滑動，但兩者不能發(fā)生相對周向轉動。柔性關節(jié)外殼22與后編碼器座17固聯(lián)，擺臂35安裝在后編碼器座17上。因此前凸輪板13轉動時將帶動擺臂35以及整個調整端運動；擺臂35末端固聯(lián)有配重36，用于增大擺臂35的轉動慣量。
[0038]如圖2、圖3所示，后凸輪板26的內圈壓緊在后凸輪板法蘭21上，外圈如圖6、圖8所示，通過三組凹槽與調整端諧波輸出法蘭28的內圈周向固定，后凸輪板26可以相對調整端諧波輸出法蘭28軸向滑動，但兩者不能發(fā)生相對周向轉動。調整端諧波輸出法蘭28與調整端諧波23輸出端聯(lián)接，后編碼器座17與調整端諧波23鋼輪聯(lián)接。因此調整端電機30靜止時，后凸輪板26與后編碼器座17不會產生周向位移；當調整端電機30工作時，后凸輪板26相對于后編碼器座17產生周向位移，進而與前凸輪板13產生相對周向位移。
[0039]矩形壓簧37 —端與彈簧軸10末端壓緊，另一端與前凸輪板法蘭16中部壓緊。彈簧軸10根部與后凸輪板法蘭21壓緊，前凸輪板13、后凸輪板26的內表面斜曲面與安裝在中部轉盤18側邊的轉輪20兩邊相抵。這樣，前凸輪板13與后凸輪板26可以軸向運動，但是合攏時會被轉輪20頂住，分開時會擠壓矩形壓簧37，使其形變產生彈力。
[0040]如圖2所示，前編碼器12外圈安裝在前編碼器座9上，內圈與柔性關節(jié)外殼22固接，前編碼器座9、底座法蘭15與前軸承14的外圈固接；柔性關節(jié)外殼22的小端與前軸承14的內圈固接。前編碼器座9 一端與驅動端諧波法蘭7固接，另一端與底座法蘭15固接。底座法蘭15與底板33通過底座前支架34固接。通過前編碼器12測定前凸輪板13與底板33之間的相對轉角；后編碼器19外圈安裝在安裝有擺臂35的后編碼器座17上，內圈與調整端諧波輸出法蘭28固接，柔性關節(jié)外殼22的大端、后編碼器座17與后軸承24的外圈固接；調整端諧波輸出法蘭28與后軸承24的內圈固接。調整端諧波輸出法蘭28與后凸輪板26周向固定，因此后編碼器19能夠測定前凸輪板13與后凸輪板26之間的相對轉角。驅動端編碼器I能夠測定驅動端電機5的轉角，調整端編碼器31能夠測定調整端電機30的轉角。
[0041]如圖3所示，驅動端電機5工作時，通過驅動端諧波6帶動中部轉盤18轉動。若向右轉動，則三個位于右側的轉輪20在圖3中相對于前凸輪板13向右運動，擠壓前凸輪板13的曲斜面。前凸輪板13跟隨向右運動則帶動擺臂35轉動。若負載端受力，則前凸輪板13將向上運動；矩形彈簧37受到擠壓，帶動后凸輪板26向上運動，后凸輪板26內表面的曲斜面緊緊頂住三個位于圖3中左側的轉輪20無法進一步向上運動；若向左轉動，則三個位于左側的轉輪20在圖3中相對于后凸輪板26向左運動，擠壓后凸輪板26的曲斜面。前凸輪板13跟隨向左運動，通過調整端電機30帶動后編碼器座17以及擺臂35轉動。若負載端受力，則后凸輪板26將向下運動；矩形彈簧37受到擠壓，帶動前凸輪板13向下運動，前凸輪板13內表面的曲斜面緊緊頂住三個位于圖3中右側的轉輪20無法進一步向下運動。
[0042]而如圖1O所示，由于前凸輪板13、后凸輪板26的斜面曲率不同，當轉輪20偏離中心位置時，偏離方向正向的斜面曲率大于偏離方向反向的斜面曲率，因此前凸輪板13與后凸輪板26的軸向距離將增大，擠壓矩形壓簧37收縮，產生回復力，借此實現(xiàn)柔性關節(jié)的功會K。
[0043]當調整端電機30靜止時，如圖10所示，前凸輪板13與后凸輪板26僅能發(fā)生軸向相對運動，此時柔性關節(jié)的剛度是確定的；當調整端電機30工作時，前凸輪板13與后凸輪板26之間發(fā)生周向位移。若前凸輪板13與后凸輪板26的曲斜面間距接近，則由于轉輪20的限位，前凸輪板13與后凸輪板26的軸向間距更遠，對矩形壓簧37的預緊壓力增加，且和前凸輪板13、后凸輪板26的曲斜面間距疏遠時對比，此時前凸輪板13與后凸輪板26各自與轉輪18相接處點的曲斜面斜率更大，在驅動端電機5帶動中部轉盤18相對于前凸輪板13轉動相同角度的情況下，前凸輪板13與后凸輪板26的軸向距離變化更大，柔性關節(jié)的剛度便增大了。通過調整端電機30的工作改變前凸輪板13與后凸輪板26的周向角度，調整改變柔性關節(jié)的剛度。
[0044]當前凸輪板13與后凸輪板26轉角最小時，兩板內側的曲斜面最高處與轉輪20相切，前凸輪板13外部頂住柔性關節(jié)外殼22，后凸輪板26外部頂住調整端諧波輸出法蘭28，此時中部轉盤18相對于前凸輪板13與后凸輪板26周向固定，此時關節(jié)表現(xiàn)為完全剛性的結構。
【主權項】
1.一種剛度可調的柔性關節(jié)驅動器機構，其特征在于，包括:驅動端編碼器(I)、驅動端編碼器法蘭(2)、驅動端電機軸(3)、驅動端電機法蘭(4)、驅動端電機(5)、驅動端諧波(6)、驅動端諧波法蘭(7)、驅動端諧波輸出軸(8)、前編碼器座(9)、彈簧軸(10)、固接銷(11)、前編碼器(12)、前凸輪板(13)、前軸承(14)、底座法蘭(15)、前凸輪板法蘭(16)、后編碼器座(17)、中部轉盤(18)、后編碼器(19)、轉輪(20)、后凸輪板法蘭(21)、柔性關節(jié)外殼(22 )、調整端諧波(23 )、后軸承(24)、調整端電機法蘭(25 )、后凸輪板(26 )、調整端電機軸(27),調整端諧波輸出法蘭(28)、調整端編碼器法蘭(29)、調整端電機(30)、調整端編碼器(31)、底座后支架(32)、底板(33)、底座前支架(34)、擺臂(35)、配重(36)、矩形壓簧(37)和調整端諧波法蘭(38); 所述驅動端編碼器法蘭(2)上安裝有驅動端編碼器(I )，驅動端編碼器法蘭(2)與內部安裝有驅動端電機(5)的驅動端電機法蘭(4)固接；驅動端電機法蘭(4)與底板(33)通過底座后支架(32)固接；驅動端電機軸(3)前端連接驅動端諧波(6)的輸入端，中段與驅動端電機(5)的轉子夾緊，后端與驅動端編碼器(I)的轉子夾緊；驅動端諧波(6)安裝在驅動端諧波法蘭(7)上，輸出端與驅動端諧波輸出軸(8)固接； 所述調整端編碼器法蘭(29)上安裝有調整端編碼器(31)，調整端編碼器法蘭(29)與內部安裝有調整端電機(30)的調整端電機法蘭(25)固接；調整端電機軸(27)前端連接調整端諧波(23)的輸入端，中段與調整端電機(30)的轉子夾緊，后端與調整端編碼器(31)的轉子夾緊；調整端諧波(23)安裝在調整端諧波法蘭(38)上，輸出端與調整端諧波輸出法蘭(28)固接; 所述驅動端諧波輸出軸(8)末端固聯(lián)有固接銷(11 )，固接銷(11)的另一端穿過前凸輪板法蘭(16)與中部轉盤(18)固聯(lián)；六個轉輪(20)分為三組，兩個為一組均勻鉸接在中部轉盤(18)的側邊，每組的兩個轉輪(20)與中部轉盤(18)的旋轉平面平行，六個轉輪(20)均可以自由旋轉；前凸輪板(13)的內圈壓緊在前凸輪板法蘭(16)上，外圈通過三組凹槽與柔性關節(jié)外殼(22)的內圈周向固定，前凸輪板(13)可以相對柔性關節(jié)外殼(22)軸向滑動，但兩者不能發(fā)生相對周向轉動；柔性關節(jié)外殼(22)與后編碼器座(17)固聯(lián)，擺臂(35)安裝在后編碼器座(17 )上；擺臂(35 )末端固聯(lián)有配重(36 ); 所述后凸輪板(26)的內圈壓緊在后凸輪板法蘭(21)上，外圈通過三組凹槽與調整端諧波輸出法蘭(28)的內圈周向固定，后凸輪板(26)可以相對調整端諧波輸出法蘭(28)軸向滑動，但兩者不能發(fā)生相對周向轉動；調整端諧波輸出法蘭(28)與調整端諧波(23)輸出端聯(lián)接，后編碼器座(17)與調整端諧波(23)鋼輪聯(lián)接； 所述矩形壓簧(37)—端與彈簧軸(10)末端壓緊，另一端與前凸輪板法蘭(16)中部壓緊；彈簧軸(10)根部與后凸輪板法蘭(21)壓緊，前凸輪板(13)、后凸輪板(26)的內表面斜曲面與安裝在中部轉盤(18)側邊的轉輪(20)兩邊相抵； 所述前編碼器(12)外圈安裝在前編碼器座(9)上，內圈與柔性關節(jié)外殼(22)固接，前編碼器座(9)、底座法蘭(15)與前軸承(14)的外圈固接；柔性關節(jié)外殼(22)的小端與前軸承(14)的內圈固接；前編碼器座(9) 一端與驅動端諧波法蘭(7)固接，另一端與底座法蘭(15)固接；底座法蘭(15)與底板(33)通過底座前支架(34)固接；后編碼器(19)外圈安裝在安裝有擺臂(35)的后編碼器座(17)上，內圈與調整端諧波輸出法蘭(28)固接，柔性關節(jié)外殼(22)的大端、后編碼器座(17)與后軸承(24)的外圈固接；調整端諧波輸出法蘭(28) 與后軸承(24)的內圈固接；調整端諧波輸出法蘭(28)與后凸輪板(26)周向固定。
【專利摘要】本實用新型公開了一種剛度可調的柔性關節(jié)驅動器機構，該驅動器機構分為驅動端、調整端和柔性關節(jié)三部分。其中驅動端為柔性關節(jié)運動提供動力，調整端負責改變柔性關節(jié)的剛度，柔性關節(jié)則起到減緩沖擊、調節(jié)剛度的作用。附帶有驅動電機，能夠主動驅動關節(jié)運動；采用曲斜面-轉輪配合結構的變剛度系統(tǒng)，摩擦阻力小，傳動精密；安裝有四個絕對式編碼器，工作過程中實現(xiàn)有效檢測，靈敏度高，故障率低；外殼全封閉，結構緊湊，能夠在惡劣的環(huán)境下工作；從極大柔性到完全剛性，關節(jié)剛度的變化線性可控。
【IPC分類】B25J13/08, B25J17/02
【公開號】CN204725510
【申請?zhí)枴緾N201520434142
【發(fā)明人】朱秋國, 趙逸棟, 熊蓉
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月23日