專利名稱：一種適用于機器人關(guān)節(jié)的平面扭簧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種適用于機器人關(guān)節(jié)的平面扭簧。
背景技術(shù)：
機器人關(guān)節(jié)是機器人系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響機器人系統(tǒng)的綜合性能。近些年來，隨著服務(wù)機器人的迅速發(fā)展，機器人與人類的關(guān)系越來越緊密，機器人系統(tǒng)與人和環(huán)境之間是否具有良好的交互性成了人們關(guān)注的ー個熱點。傳統(tǒng)的機器人設(shè)計中，關(guān)節(jié)設(shè)計主要采用剛性的設(shè)計方法，采用電機、減速器等作為機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動單元。這種關(guān)節(jié)設(shè)計缺乏柔性単元，使得機器人關(guān)節(jié)容易受到外部沖擊而損壞，直接影響了機器人的正常運行。近些年來，人們開始關(guān)注柔性關(guān)節(jié)的設(shè)計方法，提出了具有力/力矩傳感器的柔性關(guān)節(jié)設(shè)計和串聯(lián)彈性驅(qū)動關(guān)節(jié)設(shè)計等方法，使得機器人可以避免外部沖擊對執(zhí)行關(guān)節(jié)的影響，并為機器人與人和環(huán)境的交互創(chuàng)造良好的條件。然而，基于力/力矩傳感器的柔性關(guān)節(jié)是因為本身并不具備柔性的特點，抗外部沖擊的性能并非最佳，基于串聯(lián)弾性驅(qū)動的關(guān)節(jié)具有良好的抗沖擊和力感知性能，但大部分關(guān)節(jié)采用了傳統(tǒng)的螺旋彈簧，很難設(shè)計出空間小、重量輕和結(jié)構(gòu)緊湊的關(guān)節(jié)。哈爾濱工程大學(xué)王立權(quán)等人開發(fā)了專利號CN102152319A彈性驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、CN101318331雙串聯(lián)彈性驅(qū)動器等驅(qū)動關(guān)節(jié)，也均采用了傳統(tǒng)的螺旋彈簧。目前國內(nèi)還尚未開發(fā)出適用于機器人關(guān)節(jié)的平面扭簧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種適用于機器人關(guān)節(jié)的平面扭簧，嵌入至機器人關(guān)節(jié)中，解決了機器人與人和環(huán)境安全交互問題。同時，解決了傳統(tǒng)彈簧占用空間大，結(jié)構(gòu)松散等問題。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的扭簧模式，適用于升級現(xiàn)有機器人和機械臂關(guān)節(jié)，有助于促進機器人的更新?lián)Q代。本發(fā)明的額目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種適用于機器人關(guān)節(jié)的平面扭簧，它主要由扭簧外圈、扭簧內(nèi)圈和若干弾性體組成；弾性體沿圓周均勻分布，兩端分別連接扭簧外圈和扭簧內(nèi)圈；每個弾性體由対稱的兩個弾性體單元組成，每個弾性體単元包括外圓孔槽、內(nèi)圓孔槽和連接梁；扭簧內(nèi)圈和內(nèi)圓孔槽之間、內(nèi)圓孔槽和外圓孔槽之間以及外圓孔槽和扭簧外圈之間均由連接梁連接；扭簧外圈上均勻分布若干外圈螺孔；扭簧內(nèi)圈上均勻分布若干內(nèi)圈光孔。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明平面扭簧的扭簧內(nèi)圈在轉(zhuǎn)動時通過連接梁帶動內(nèi)圓孔槽發(fā)生彈性變形，內(nèi)圓孔槽繼而通過連接梁帶動外圓孔槽發(fā)生彈性變形。通過內(nèi)圓孔槽 和外圓孔槽的串聯(lián)彈性變形，實現(xiàn)了扭簧的大角度變形。通過增加內(nèi)圓孔材和外圓孔槽的壁厚，增加連接梁的寬度可提高扭簧的彈性；通過增加圓周分布弾性體的數(shù)量也可提高扭簧的彈性。本發(fā)明的平面扭簧使得關(guān)節(jié)具備了柔順性，結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計更加靈活，改變了傳統(tǒng)扭簧的設(shè)計模式，適合應(yīng)用于機器人和機械臂關(guān)節(jié)。


圖I是平面扭簧的立體 圖2是平面扭簧的平面 圖中，平面扭簧I、扭簧外圈2、扭簧內(nèi)圈3、內(nèi)圈光孔4、外圈螺孔5、外圓孔槽6、內(nèi)圓孔槽7、連接梁8。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖進ー步說明本發(fā)明 。如圖I和2所示，本發(fā)明平面扭簧I由扭簧外圈2、扭簧內(nèi)圈3和若干弾性體組成，弾性體沿圓周均勻分布，兩端分別連接扭簧外圈2和扭簧內(nèi)圈3。每個弾性體由対稱的兩個弾性體單元組成，每個弾性體単元包括外圓孔槽6、內(nèi)圓孔槽7和連接梁8，扭簧內(nèi)圈3和內(nèi)圓孔槽7之間、內(nèi)圓孔槽7和外圓孔槽6之間以及外圓孔槽6和扭簧外圈2之間均由連接梁8連接。扭簧外圈2上均勻分布若干外圈螺孔5，實現(xiàn)與關(guān)節(jié)負(fù)載的連接。扭簧內(nèi)圈3上均勻分布若干內(nèi)圈光孔4，實現(xiàn)與關(guān)節(jié)輸入的連接。圖中，弾性體數(shù)目為3個，但在實際生產(chǎn)過程中，可以根據(jù)弾性力的大小調(diào)整彈性體的數(shù)目。本發(fā)明的工作過程如下平面扭簧I的扭簧內(nèi)圈3在轉(zhuǎn)動時通過連接梁8帶動內(nèi)圓孔槽7發(fā)生彈性變形，內(nèi)圓孔槽7繼而通過連接梁8帶動外圓孔槽6發(fā)生彈性變形，通過內(nèi)圓孔槽7和外圓孔槽6的聯(lián)級彈性變形，實現(xiàn)了扭簧的大角度變形。從而將與扭簧內(nèi)圈3連接的關(guān)節(jié)輸入轉(zhuǎn)動柔性傳遞到與扭簧外圈2連接的關(guān)節(jié)負(fù)載上。通過增加內(nèi)圓孔槽7和外圓孔槽6的壁厚，增加連接梁8的寬度可提高扭簧的彈性；通過增加圓周分布弾性體的數(shù)量也可提高扭簧的彈性。本發(fā)明的平面扭簧使得關(guān)節(jié)具備了柔順性，結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計更加靈活，改變了傳統(tǒng)扭簧的設(shè)計模式，適合應(yīng)用于機器人和機械臂關(guān)節(jié)。
權(quán)利要求
1. 一種平面扭簧，其特征在于，它主要由扭簧外圈(2)、扭簧內(nèi)圈(3)和若干彈性體等組成；彈性體沿圓周均勻分布，兩端分別連接扭簧外圈(2)和扭簧內(nèi)圈(3);每個彈性體由對稱的兩個彈性體單元組成，每個彈性體單元包括外圓孔槽(6)、內(nèi)圓孔槽(7)和連接梁(8);扭簧內(nèi)圈(3)和內(nèi)圓孔槽(7)之間、內(nèi)圓孔槽(7)和外圓孔槽(6)之間以及外圓孔槽(6)和扭簧外圈(2)之間均由連接梁(8)連接；扭簧外圈(2)上均勻分布若干外圈螺孔(5);扭簧內(nèi)圈(3)上均勻分布若干內(nèi)圈光孔(4)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于機器人關(guān)節(jié)的平面扭簧，它主要由扭簧外圈、扭簧內(nèi)圈和若干彈性體組成；彈性體沿圓周均勻分布，兩端分別連接扭簧外圈和扭簧內(nèi)圈；每個彈性體由對稱的兩個彈性體單元組成，每個彈性體單元包括外圓孔槽、內(nèi)圓孔槽和連接梁；扭簧內(nèi)圈和內(nèi)圓孔槽之間、內(nèi)圓孔槽和外圓孔槽之間以及外圓孔槽和扭簧外圈之間均由連接梁連接；平面扭簧的扭簧內(nèi)圈在轉(zhuǎn)動時通過連接梁帶動內(nèi)圓孔槽發(fā)生彈性變形，內(nèi)圓孔槽繼而通過連接梁帶動外圓孔槽發(fā)生彈性變形；通過內(nèi)圓孔槽和外圓孔槽的串聯(lián)彈性變形，實現(xiàn)了扭簧的大角度變形；本發(fā)明使得關(guān)節(jié)具備了柔順性，結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計更加靈活，適合應(yīng)用于機器人和機械臂關(guān)節(jié)。
文檔編號F16F1/00GK102632508SQ201210112069
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者朱秋國, 熊蓉, 褚健 申請人:浙江大學(xué)