本發明提出了一種變剛度柔性驅動關節，屬于機器人，尤其涉及一種可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節。

背景技術：

1、人形機械臂根據其驅動關節的類型，可分為剛性人形機械臂和柔性人形機械臂兩種，而在人機交互要較高要求的作業環境下，柔性人形機械臂具有更大的潛力。人類和動物可借助其肌肉或者組織彈性，在運動過程中儲存和釋放能量；調節能量分配，提高關節瞬時爆發力，也可以在受到外部沖擊時起到緩沖保護作用。所以仿生驅動關節的設計技術是機器人的難點。

2、與傳統剛性驅動器相比，柔性關節能提供對抗外力干擾的高魯棒性、任務適應性和安全性。而且當與人類或者復雜環境交互時，這種高魯棒性、強任務適應性和低阻抗的能力，可以更有效地處理這類未知的接觸力。所以以仿生驅動作為研究突破的關鍵，研發具有柔性驅動能力的變剛度驅動器，以提高人形機械臂的復雜的交互能力、安全性和穩定性，是機器人領域的重大研究方向。

技術實現思路

1、本發明的目的是為了解決背景技術中存在的問題，提供一種可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節。

2、本發明提供的技術方案如下：

3、第一方面，本發明提供一種可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，包括：彈性輸入模塊和變剛度模塊；

4、所述彈性輸入模塊包括固定組件、導軌組件和彈性組件；所述彈性組件包括套有直線軸承的光軸和彈簧組件；所述導軌組件包括導軌、第一滑塊組件和導軌轉軸；所述導軌一端通過第一滑塊組件與直線軸承連接，另一端通過導軌轉軸連接；所述固定組件用于夾持彈簧組件，通過導軌轉軸連接導軌組件以及承接外部輸入的動力；

5、所述變剛度模塊包括支架、絲杠組件、第二滑塊組件和變剛度驅動器；所述絲杠組件固定于支架中，其絲杠螺母通過第二滑塊組件連接到導軌；所述變剛度驅動器用于驅動絲杠；所述支架活動連接于固定組件；

6、所述導軌轉軸在固定組件的驅動下，使得導軌繞絲杠螺母轉動并帶動第一滑塊組件運動，進而使得直線軸承沿著光軸在彈簧作用下彈性移動。

7、在一種可能實現的方式中，所述彈簧組件包括依次連接的固定擋板、光軸固定法蘭和彈簧；所述固定擋板連接于固定組件上；所述光軸兩端均設置有彈性組件。

8、在一種可能實現的方式中，所述固定組件包括第一固定圈、第一固定板、第二固定圈和第二固定板；所述第一固定圈設置于第一固定板上，第二固定圈設置于第二固定板上，兩者對稱設置用于對導軌組件和彈性組件夾持。

9、進一步，所述外部輸入的動力的方式為：通過驅動固件組件的第一固定圈或第二固定圈以輸入動力。

10、在一種可能實現的方式中，所述第一滑塊組件包括依次連接的轉動軸承、滑塊旋轉圈和第一滑塊；所述轉動軸承連接于直線軸承一側；所述第一滑塊置于導軌上，可沿導軌滑動；所述滑塊組件對稱設置于直線軸承兩側。

11、在一種可能實現的方式中，所述支架為方形框架，一端通過軸向配合與固定組件活動連接。

12、在一種可能實現的方式中，所述絲杠組件包括絲杠和絲杠螺母；所述絲杠螺母設置于導軌中，轉軸和第一滑塊組件之間。

13、進一步，所述第二滑塊組件包括依次連接的深溝球軸承、擋邊軸承和第二滑塊；所述深溝球軸承與絲杠螺母連接。

14、在一種可能實現的方式中，所述變剛度柔性驅動關節還包括交互模塊。

15、進一步，所述變剛度驅動器包括變剛度主副電機。

16、更進一步，所述變剛度主副電機中，主電機用于驅動絲杠組件，副電機用于驅動交互模塊。

17、本發明的有益效果如下：

18、1、本發明所述變剛度柔性驅動關節包括彈性輸入模塊和變剛度模塊，其中彈性輸入模塊包括導軌組件、彈性組件和固定組件，變剛度模塊包括支架、絲杠組件、第二滑塊組件和變剛度驅動器。利用上述兩個模塊的整合設計以及協同作用實現了柔性變剛度調節。

19、2、本發明所述變剛度柔性驅動關節為仿人關節設計提供一種新的思路，可作為機械臂的部件之一，具有較大的應用前景。

技術特征：

1.一種可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，包括：彈性輸入模塊和變剛度模塊；

2.根據權利要求1所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述彈簧組件包括依次連接的固定擋板、光軸固定法蘭和彈簧；所述固定擋板連接于固定組件上；所述光軸兩端均設置有彈性組件。

3.根據權利要求1所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述固定組件包括第一固定圈、第一固定板、第二固定圈和第二固定板；所述第一固定圈設置于第一固定板上，第二固定圈設置于第二固定板上，兩者對稱設置用于對導軌組件和彈性組件夾持。

4.根據權利要求3所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述外部輸入的動力的方式為：通過驅動固件組件的第一固定圈或第二固定圈以輸入動力。

5.根據權利要求1所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述第一滑塊組件包括依次連接的轉動軸承、滑塊旋轉圈和第一滑塊；所述轉動軸承連接于直線軸承一側；所述第一滑塊置于導軌上，可沿導軌滑動；所述滑塊組件對稱設置于直線軸承兩側。

6.根據權利要求1所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述支架為方形框架，一端通過軸向配合與固定組件活動連接。

7.根據權利要求1所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述絲杠組件包括絲杠和絲杠螺母；所述絲杠螺母設置于導軌中，轉軸和第一滑塊組件之間。

8.根據權利要求7所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述第二滑塊組件包括依次連接的深溝球軸承、擋邊軸承和第二滑塊；所述深溝球軸承與絲杠螺母連接。

9.根據權利要求1所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述變剛度柔性驅動關節還包括交互模塊。

10.根據權利要求9所述的可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，其特征在于，所述變剛度驅動器包括變剛度主副電機；所述變剛度主副電機中，主電機用于驅動絲杠組件，副電機用于驅動交互模塊。

技術總結
本發明公開了一種可用于人形機械臂的變剛度柔性驅動關節，包括：彈性輸入模塊和變剛度模塊；所述彈性輸入模塊包括固定組件、導軌組件和彈性組件；所述彈性組件包括套有直線軸承的光軸和彈簧組件；所述導軌組件包括導軌、第一滑塊組件和導軌轉軸；所述導軌一端通過第一滑塊組件與直線軸承連接，另一端通過導軌轉軸連接；所述變剛度模塊包括支架、絲杠組件、第二滑塊組件和變剛度驅動器；所述導軌轉軸在固定組件的驅動下，使得導軌繞絲杠螺母轉動并帶動第一滑塊組件運動，進而使得直線軸承沿著光軸在彈簧作用下彈性移動。該驅動關節實現了柔性變剛度調節，為仿人關節設計提供一種新的思路，可作為機械臂的部件之一，具有較大的應用前景。

技術研發人員：郭朝,徐巍,伊爍聞,劉思宇,柯景崴,劉焱龍
受保護的技術使用者：武漢大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24