滑座18通过滑道21安装在滑槽架17上，移动滑座18与滑道21滑动配合，在移动滑座18与行星轮轴20之间设置有曲柄22，曲柄22一端固定连接在行星轮轴20上，在曲柄22另一端设置有销轴23，且销轴23与中心轴5相平行；在所述移动滑座18上设置有让位销槽24，所述销轴23位于让位销槽24内；
[0032]在所述移动滑座18内设置有相平行的两根限位杆25，两根限位杆25之间留有缝隙26 ;所述弹簧片19 一端固定连接在滑槽架17上，弹簧片19另一端穿过限位杆25之间的缝隙26固接有夹头29 ;在所述小臂支架4上设置有让位滑槽27，在让位滑槽27内设置有滑杆28，所述夹头29与滑杆28的杆体相固连。
[0033]所述行星轮15数量为两个，两个行星轮15相对于中心轴5的轴向中心线对称设置。
[0034]由所述行星轮15、行星轮轴20、曲柄22、销轴23、移动滑座18、限位杆25、弹簧片19，夹头29及滑杆28共同构成可变刚度执行组件，可变刚度执行组件为两套，两套可变刚度执行组件相对于中心轴5的轴向中心线对称设置。
[0035]所述小臂支架4采用U型支撑架结构。
[0036]下面结合【附图说明】本发明的一次使用过程:
[0037]实施例一:在刚度不变的情况下，仅令本发明的关节结构发生转动。
[0038]同时启动第一驱动电机6和第二驱动电机9，通过第一驱动电机6带动第一蜗杆7转动，进而带动第一蜗轮8转动，通过第一蜗轮8的转动带动套筒12转动，进而带动内齿圈13转动；通过第二驱动电机9带动第二蜗杆10转动，进而带动第二蜗轮11转动，通过第二蜗轮11的转动带动中心轴5转动，进而带动太阳轮14转动；
[0039]令内齿圈13与太阳轮14等速同向转动，此时行星轮15仅绕太阳轮14公转而不发生自转，由于行星轮15不进行自转，可变刚度执行组件并不动作，因此刚度不发生变化，在行星轮15绕太阳轮14公转过程中，仅通过行星轮15带动行星架16绕中心轴5转动，进而带动滑槽架17绕中心轴5转动，在滑槽架17转动过程中通过弹簧片19带动小臂支架4转动，进而带动小臂3进行转动，最终实现在刚度不变的情况下使关节结构发生转动的目的。
[0040]实施例二:在本发明的关节结构不发生转动的情况下，改变关节结构的刚度。
[0041 ] 同时启动第一驱动电机6和第二驱动电机9，通过第一驱动电机6带动第一蜗杆7转动，进而带动第一蜗轮8转动，通过第一蜗轮8的转动带动套筒12转动，进而带动内齿圈13转动；通过第二驱动电机9带动第二蜗杆10转动，进而带动第二蜗轮11转动，通过第二蜗轮11的转动带动中心轴5转动，进而带动太阳轮14转动；
[0042]令内齿圈13与太阳轮14转速比等于太阳轮14与内齿圈13的齿数比，且内齿圈13与太阳轮14反向转动，此时行星轮15仅进行自转而不会绕太阳轮14进行公转，因此行星架16也不会发生转动。
[0043]在行星轮15仅进行自转过程中，首先通过行星轮15的转动带动行星轮轴20转动，通过行星轮轴20的转动带动曲柄22发生摆转，在曲柄22摆转过程中，通过销轴23拨动移动滑座18在滑道21内滑动，通过移动滑座18的滑动来改变弹簧片19位于限位杆25与滑杆28之间的长度，因为位于限位杆25与滑杆28之间的弹簧片19是用于传递作用力的，而弹簧片19在力传递过程中，其刚度完全由其长度决定，当移动滑座18向中心轴5方向移动时，位于限位杆25与滑杆28之间的弹簧片19长度变长，其刚度变小，反之，当移动滑座18远离中心轴5方向移动时，位于限位杆25与滑杆28之间的弹簧片19长度变短，其刚度变大。
[0044]通过上述方式调整好位于限位杆25与滑杆28之间的弹簧片19相应长度后，当小臂3受到外力使关节结构被迫转动时，弹簧片19会发生弯曲，此时滑杆28会在让位滑槽27内滑动实现随动，直到弹簧片19的弯曲程度稳定，此时，本发明的关节结构完全满足了设定刚度条件下的关节工作要求。
[0045]实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
【主权项】
1.一种可变刚度机器人关节结构，其特征在于:包括大臂、大臂支架、小臂、小臂支架及可变刚度关节机构，所述可变刚度关节机构包括动力组件及动作执行组件，所述动力组件包括中心轴、第一驱动电机、第一蜗杆、第一蜗轮、第二驱动电机、第二蜗杆、第二蜗轮及套筒，所述动作执行组件包括内齿圈、太阳轮、行星轮、行星架、滑槽架、移动滑座及弹簧片; 所述大臂固接在大臂支架上，所述中心轴通过轴承安装在大臂支架内，且中心轴与大臂相垂直；所述小臂固接在小臂支架上，小臂支架通过轴承连接在中心轴上，且小臂与中心轴相垂直；所述套筒通过轴承套装在中心轴上，套筒一侧端部设置为法兰盘结构； 所述第一蜗杆通过轴承安装在大臂支架内，且第一蜗杆与大臂相平行，所述第一驱动电机与第一蜗杆一端相连接；所述第一蜗轮固定套装在套筒上，第一蜗轮与第一蜗杆相啮合； 所述第二蜗杆通过轴承安装在大臂支架内，且第二蜗杆与大臂相平行，所述第二驱动电机与第二蜗杆一端相连接；所述第二蜗轮固定套装在中心轴上，第二蜗轮与第二蜗杆相啮合； 所述内齿圈套在中心轴外侧并与套筒的端部法兰盘结构相固连，且内齿圈与中心轴同轴心设置；所述太阳轮固定套装在中心轴上，所述行星轮位于内齿圈与太阳轮之间，且行星轮同时与内齿圈及太阳轮相啮合； 所述行星架通过轴承套装在中心轴上，所述行星轮与行星架之间连接有行星轮轴，行星轮轴一端固接在行星轮中心，行星轮轴另一端通过轴承连接在行星架上； 所述滑槽架套在中心轴外侧并与行星架相固连，在滑槽架内设置有滑道，且滑道与中心轴相垂直；所述移动滑座通过滑道安装在滑槽架上，移动滑座与滑道滑动配合，在移动滑座与行星轮轴之间设置有曲柄，曲柄一端固定连接在行星轮轴上，在曲柄另一端设置有销轴，且销轴与中心轴相平行；在所述移动滑座上设置有让位销槽，所述销轴位于让位销槽内； 在所述移动滑座内设置有相平行的两根限位杆，两根限位杆之间留有缝隙；所述弹簧片一端固定连接在滑槽架上，弹簧片另一端穿过限位杆之间的缝隙固接有夹头；在所述小臂支架上设置有让位滑槽，在让位滑槽内设置有滑杆，所述夹头与滑杆的杆体相固连。2.根据权利要求1所述的一种可变刚度机器人关节结构，其特征在于:所述行星轮数量为两个，两个行星轮相对于中心轴的轴向中心线对称设置。3.根据权利要求1所述的一种可变刚度机器人关节结构，其特征在于:由所述行星轮、行星轮轴、曲柄、销轴、移动滑座、限位杆、弹簧片，夹头及滑杆共同构成可变刚度执行组件，可变刚度执行组件为两套，两套可变刚度执行组件相对于中心轴的轴向中心线对称设置。4.根据权利要求1所述的一种可变刚度机器人关节结构，其特征在于:所述小臂支架采用U型支撑架结构。
【专利摘要】一种可变刚度机器人关节结构，属于仿生机器人关节技术领域，适用于仿生机器人的肘关节。本发明与现有技术相比，设计了一种全新的机器人关节结构，能够模拟具有非线性变刚度肌肉特性的关节，本发明采用弹簧片作为刚度调节部件，且弹簧片作为力传递部件，其刚度会根据作用长度变化而改变，为满足弹簧片作用长度的调节，本发明通过动力组件及动作执行组件配合驱动，通过移动滑座的滑移便可轻松调整弹簧片的作用长度。本发明可实现在刚度不变的情况下，仅令关节结构发生转动，即满足恒刚度条件下关节结构的位置调整；本发明还可实现在关节结构不发生转动的情况下，仅改变关节结构的刚度，从而满足设定刚度条件下的关节工作要求。
【IPC分类】B25J17/00, B25J9/08, F16H37/02
【公开号】CN105108771
【申请号】CN201510439726
【发明人】房立金, 王颜, 周生啓
【申请人】东北大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月23日