可变刚度的气动柔性转动关节的制作方法

本实用新型涉及一种可变刚度的气动柔性转动关节，主要应用于机器人的转动关节。

背景技术：

人体各关节具有较高的柔性所以可以实现柔顺的运动，机器人关节想要实现柔顺运动不但需要柔顺的控制方法，关节机构同样需要具有较高柔性，同时，当机器人需要实现其抓举功能时，又往往需要关节机构能够具有较高的刚度，所以我们需要一种可变刚度的柔性转动关节。气压驱动的机器人转动关节具有较高柔性，但因为空气的自身特性，如可压缩性等原因会造成关节刚度较差，而将制动器加装在关节转动轴上，可以通过改变制动器施加在关节上的制动力来改变机器人关节的刚度，从而实现具有高柔顺性的变刚度机器人转动关节。

有人在机器人转动关节轴上加装平衡式制动器，并使用电机通过扇形齿轮的传动来控制制动蹄对转动关节的制动力，从而能够改变改关节的刚度。但使用电机作为制动器的驱动源时，电机所能提供的制动力较小，对整个关节的刚度提升有限，此时关节负载较低，并且因为使用的扇形齿轮传动，使制动过程反应较慢，在控制上会造成一定的偏差，同时因为需要在关节上安装电机，会使得关节尺寸较大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种结构简单合理，可以提高制动力的可变刚度的气动柔性转动关节。

本实用新型所述的可变刚度的气动柔性转动关节，包括关节上臂和关节下臂，关节上臂和关节下臂之间通过关节转轴铰接，关节上臂和关节下臂之间设置气动推杆，关节转轴一端连接平衡式制动器，关节转轴与关节下臂之间、平衡式制动器与关节上臂之间均通过花键传动，平衡式制动器包括左制动蹄和右制动蹄，左制动蹄和右制动蹄的外侧设置摩擦片，摩擦片安装在关节转轴内，左制动蹄和右制动蹄的两端分别设置气压活塞，气压活塞的端部均安装在气压缸内，气压缸分别固定在制动底板上，左制动蹄和右制动蹄之间设置回位弹簧。

所述的关节转轴对应摩擦片安装处设有安装腔，摩擦片对应关节转轴的内壁设置为弧形。

所述的回位弹簧的两端分别安装在左制动蹄和右制动蹄的中部位置。

本机构在转动轴上加装平衡式制动器，将对始端驱动元件的控制转化为对终端执行元件的制动，将对大型气动元件液压推杆的控制，转化为对平衡式制动器上小型元件的控制，使控制更加简单，运动更加精确。

本实用新型的有益效果是：

将制动器由电机驱动改为气压驱动后，气压元件能输出较大的力，配合平衡式制动器能够提供更大额制动力，使得转动关节能够具有更高的刚度；因为无需传动元件，其制动过程更加迅速；另外使用气压驱动作为制动器的驱动源后，整个关节均为气压驱动，使用一个气压泵就能实现关节功能，有助于实现该关节的小型化。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中关节转轴和平衡式制动器的爆炸结构示意图。

图3是平衡式制动器的结构示意图。

图中：1、关节上臂；2、关节转轴；3、气动推杆；4、关节下臂；5、平衡式制动器；6、左制动蹄；7、摩擦片；8、气压活塞；9、气压缸；10、回位弹簧；11、右制动蹄；12、制动底板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

如图1～图3所示，本实用新型所述的可变刚度的气动柔性转动关节，包括关节上臂1和关节下臂4，关节上臂1和关节下臂4之间通过关节转轴2铰接，关节上臂1和关节下臂4之间设置气动推杆3，关节转轴2一端连接平衡式制动器5，关节转轴2与关节下臂4之间、平衡式制动器5与关节上臂1之间均通过花键传动，平衡式制动器5包括左制动蹄6和右制动蹄11，左制动蹄6和右制动蹄11的外侧设置摩擦片7，摩擦片7安装在关节转轴2内，左制动蹄6和右制动蹄11的两端分别设置气压活塞8，气压活塞8的端部均安装在气压缸9内，气压缸9分别固定在制动底板12上，左制动蹄6和右制动蹄11之间设置回位弹簧10。关节转轴2对应摩擦片7安装处设有安装腔，摩擦片7对应关节转轴2的内壁设置为弧形。回位弹簧10的两端分别安装在左制动蹄6和右制动蹄11的中部位置。

关节需要运动时，气动推杆3带动关节下臂4绕关节转轴2转动，气压缸9加压，带动气压活塞8推动左制动蹄6、右制动蹄11，使摩擦片7与关节转轴2间产生一定摩擦力。使用过程中，可通过设置光电码盘检测关节角位移与角速度，当关节需要减速时，气压缸9加压，使摩擦片7与关节转轴2间制动摩擦力增大，实现关节减速。当关节需要加速时，气压缸9减压，回位弹簧10带动左制动蹄6、右制动蹄11向内收缩，摩擦片7与关节转轴2间制动摩擦力减小，使关节角加速度增大。