XIONG RONG (CN)
CHU JIAN (CN)
ZHU QIUGUO (CN)
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CN101526662A | 2009-09-09 | |||
US3598389A | 1971-08-10 | |||
CN101479500A | 2009-07-08 | |||
JP2003074585A | 2003-03-12 |
杭州求是专利事务所有限公司 (CN)
权 利 要 求 书 1、 一种平面扭簧, 其特征在于, 它主要由扭簧外圈 (2)、 扭簧内圈 (3 ) 和若 干弹性体组成; 弹性体沿圆周均匀分布, 两端分别连接扭簧外圈 (2) 和扭簧内 圈 (3 ); 每个弹性体由对称的两个弹性体单元组成, 每个弹性体单元包括外圆 孔槽(6)、 内圆孔槽 (7 )和连接梁 (8); 扭簧内圈 (3 )和内圆孔槽 (7)之间、 内圆孔槽 (7) 和外圆孔槽 (6) 之间以及外圆孔槽 (6) 和扭簧外圈 (2) 之间 均由连接梁 (8) 连接; 扭簧外圈 (2) 上均匀分布若干外圈螺孔 (5 ); 扭簧内 圈 (3 ) 上均匀分布若干内圈光孔 (4)。 |
技术领域
本发明属于机器人技术领域, 涉及一种适用于机器人关节的平面扭簧。 技术背景
机器人关节是机器人系统的重要组成部分, 直接影响机器人系统的综合性 能。 近些年来, 随着服务机器人的迅速发展, 机器人与人类的关系越来越紧密, 机器人系统与人和环境之间是否具说有良好的 交互性成了人们关注的一个热点。
传统的机器人设计中, 关节设计主要采用刚性的设计方法, 采用电机、 减 速器等作为机器人关节的驱动单元。 这种关节设计缺乏柔性单元, 使得机器人 书
关节容易受到外部冲击而损坏, 直接影响了机器人的正常运行。 近些年来, 人 们开始关注柔性关节的设计方法, 提出了具有力 /力矩传感器的柔性关节设计和 串联弹性驱动关节设计等方法, 使得机器人可以避免外部冲击对执行关节的影 响, 并为机器人与人和环境的交互创造良好的条件 。 然而, 基于力 /力矩传感器 的柔性关节是因为本身并不具备柔性的特点, 抗外部冲击的性能并非最佳, 基 于串联弹性驱动的关节具有良好的抗冲击和力 感知性能, 但大部分关节采用了 传统的螺旋弹簧, 很难设计出空间小、 重量轻和结构紧凑的关节。 哈尔滨工程 大学王立权等人开发了专利号 CN102152319A弹性驱动转动关节、 CN101318331 双串联弹性驱动器等驱动关节, 也均采用了传统的螺旋弹簧。 目前国内还尚未 开发出适用于机器人关节的平面扭簧。
发明内容
本发明提供了一种适用于机器人关节的平面扭 簧, 嵌入至机器人关节中, 解决了机器人与人和环境安全交互问题。 同时, 解决了传统弹簧占用空间大, 结构松散等问题。 本发明改变了传统的扭簧模式, 适用于升级现有机器人和机 械臂关节, 有助于促进机器人的更新换代。
本发明的额目的是通过以下技术方案来实现的 : 一种适用于机器人关节的 平面扭簧, 它主要由扭簧外圈、 扭簧内圈和若干弹性体组成; 弹性体沿圆周均 匀分布, 两端分别连接扭簧外圈和扭簧内圈; 每个弹性体由对称的两个弹性体 单元组成, 每个弹性体单元包括外圆孔槽、 内圆孔槽和连接梁; 扭簧内圈和内 圆孔槽之间、 内圆孔槽和外圆孔槽之间以及外圆孔槽和扭簧 外圈之间均由连接 梁连接; 扭簧外圈上均匀分布若干外圈螺孔; 扭簧内圈上均匀分布若干内圈光 孔。 本发明的有益效果是, 本发明平面扭簧的扭簧内圈在转动时通过连接 梁带 动内圆孔槽发生弹性变形, 内圆孔槽继而通过连接梁带动外圆孔槽发生弹 性变 形。 通过内圆孔槽和外圆孔槽的串联弹性变形, 实现了扭簧的大角度变形。 通 过增加内圆孔材和外圆孔槽的壁厚, 增加连接梁的宽度可提高扭簧的弹性; 通 过增加圆周分布弹性体的数量也可提高扭簧的 弹性。 本发明的平面扭簧使得关 节具备了柔顺性, 结构更加紧凑, 设计更加灵活, 改变了传统扭簧的设计模式, 适合应用于机器人和机械臂关节。
附图说明
图 1是平面扭簧的立体图;
图 2是平面扭簧的平面图;
图中, 平面扭簧 1、 扭簧外圈 2、 扭簧内圈 3、 内圈光孔 4、 外圈螺孔 5、 外 圆孔槽 6、 内圆孔槽 7、 连接梁 8。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
如图 1和 2所示, 本发明平面扭簧 1由扭簧外圈 2、 扭簧内圈 3和若干弹性 体组成, 弹性体沿圆周均匀分布, 两端分别连接扭簧外圈 2和扭簧内圈 3。 每个 弹性体由对称的两个弹性体单元组成, 每个弹性体单元包括外圆孔槽 6、 内圆孔 槽 7和连接梁 8, 扭簧内圈 3和内圆孔槽 7之间、 内圆孔槽 7和外圆孔槽 6之间 以及外圆孔槽 6和扭簧外圈 2之间均由连接梁 8连接。 扭簧外圈 2上均匀分布 若干外圈螺孔 5, 实现与关节负载的连接。扭簧内圈 3上均匀分布若干内圈光孔 4, 实现与关节输入的连接。
图中, 弹性体数目为 3个, 但在实际生产过程中, 可以根据弹性力的大小 调整弹性体的数目。
本发明的工作过程如下: 平面扭簧 1 的扭簧内圈 3在转动时通过连接梁 8 带动内圆孔槽 7发生弹性变形, 内圆孔槽 7继而通过连接梁 8带动外圆孔槽 6 发生弹性变形, 通过内圆孔槽 7和外圆孔槽 6的联级弹性变形, 实现了扭簧的 大角度变形。从而将与扭簧内圈 3连接的关节输入转动柔性传递到与扭簧外圈 2 连接的关节负载上。
通过增加内圆孔槽 7和外圆孔槽 6的壁厚, 增加连接梁 8的宽度可提高扭 簧的弹性; 通过增加圆周分布弹性体的数量也可提高扭簧 的弹性。 本发明的平 面扭簧使得关节具备了柔顺性, 结构更加紧凑, 设计更加灵活, 改变了传统扭 簧的设计模式, 适合应用于机器人和机械臂关节。