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Title:
PLANAR TORSION SPRING SUITABLE FOR ROBOT JOINT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/155808
Kind Code:
A1
Abstract:
A planar torsion spring suitable for a robot joint, mainly comprising a torsion spring outer ring (2), a torsion spring inner ring (3), and a plurality of elastomers; the elastomers are uniformly distributed around a circumference, having the two ends respectively connected to the torsion spring outer ring (2) and the torsion spring inner ring (3); each elastomer consists of two symmetrical elastomer units; each elastomer unit comprises an outer circular slot (6), an inner circular slot (7), and a connecting beam (8); the connecting beam (8) connects between the torsion spring inner ring (3) and the inner circular slot (7), between the inner circular slot (7) and the outer circular slot (6), and between the outer circular slot (6) and the torsion spring outer ring (2); during rotation, the torsion spring inner ring (3) drives the inner circular slot (7) to cause elastic deformation via the connecting beam (8), and the inner circular slot (7) in turn drives the outer circular slot (6) to cause elastic deformation via the connecting beam (8); the serial elastic deformation of the inner circular slot (7) and the outer circular slot (6) achieves large angle deformation of the torsion spring; therefore, the joint is compliant and has a more compact structure, is more flexible to design, and is suitable to be used as joints for a robot and a mechanical arm.

Inventors:
ZHU QIUGUO (CN)
XIONG RONG (CN)
CHU JIAN (CN)
Application Number:
PCT/CN2012/079317
Publication Date:
October 24, 2013
Filing Date:
July 30, 2012
Export Citation:
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Assignee:
UNIV ZHEJIANG (CN)
ZHU QIUGUO (CN)
XIONG RONG (CN)
CHU JIAN (CN)
International Classes:
B25J17/00; F16F1/34
Foreign References:
CN101526662A2009-09-09
US3598389A1971-08-10
CN101479500A2009-07-08
JP2003074585A2003-03-12
Attorney, Agent or Firm:
HANGZHOU QIUSHI PATENT OFFICE CO., LTD (CN)
杭州求是专利事务所有限公司 (CN)
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Claims:
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)。

Description:
一种适用于机器人关节的平面扭簧

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。