專利名稱：一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于服務(wù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈。
背景技術(shù)：
服務(wù)機(jī)器人不同于一般的工業(yè)機(jī)器人，因?yàn)樗皇枪潭ㄔ谝粋€(gè)位置上。強(qiáng)調(diào)一下玩具機(jī)器人這種機(jī)器人具有靈活的行走系統(tǒng)，可到達(dá)一些人不易或不益到達(dá)的場(chǎng)合，完成人或智能系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的工作。相對(duì)于輪式或履帶式機(jī)器人，其靈活性好、工作空間寬闊、移動(dòng)“盲區(qū)”小、耗能小、逾越障礙能力強(qiáng)、可適應(yīng)復(fù)雜地面，這些特點(diǎn)決定了雙足步行機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中無可比擬的優(yōu)越性，所以，雙足步行機(jī)器人具有更加廣闊的發(fā)展前景。雙足步行機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一是具有可靠的行走機(jī)構(gòu)，其行走時(shí)的速度、平穩(wěn)性直接影響機(jī)器人的工作能力與效率。在行走過程中，機(jī)器人腳底與地面接觸會(huì)受到?jīng)_擊，產(chǎn)生振動(dòng)，這種沖擊會(huì)通過踝關(guān)節(jié)傳遞都機(jī)器人的整個(gè)軀干，對(duì)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，使其動(dòng)態(tài)平衡受到干擾，導(dǎo)致步態(tài)不穩(wěn)定；并且會(huì)對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)部的電機(jī)、減速器等造成損傷，影響機(jī)器人行走速度、運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性控制。所以，在機(jī)器人腳步機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮吸收沖擊、存儲(chǔ)能量等問題。為了解決上述問題，目前已經(jīng)研制出多種在走路期間能夠吸收沖擊的雙足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)。浙江大學(xué)的朱秋國(guó)等人開發(fā)了專利號(hào)CN102632508A —種適用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平面扭簧，該方案包括扭簧外圈，扭簧內(nèi)圈和若干彈性體，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(gè)彈性體由對(duì)稱的兩個(gè)彈性體單元組成，每個(gè)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(dòng)時(shí)通過連接梁帶動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了扭簧的大角度變形。但是該發(fā)明只是實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的緩沖，對(duì)于扭轉(zhuǎn)和直線位移沒有緩沖。清華大學(xué)的陳懇等人申請(qǐng)的專利號(hào)CN101161427A仿生踝關(guān)節(jié)中，踝關(guān)節(jié)采用關(guān)節(jié)軸承，軸承內(nèi)圈與小腿連接，軸承外圈與足連接，外圈相對(duì)于內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)器人足相對(duì)于小腿運(yùn)動(dòng)。踝關(guān)節(jié)的抬起伸直運(yùn)動(dòng)、繞小腿軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，分別通過一對(duì)氣動(dòng)肌肉控制，踝關(guān)節(jié)的側(cè)向擺動(dòng)通過一對(duì)彈簧控制。該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)三軸同心的靈活運(yùn)動(dòng)，利于降低能量損耗且能達(dá)到緩沖的效果，但是該關(guān)節(jié)是從結(jié)構(gòu)上出發(fā)通過零件的組合使用來達(dá)到這些功能，無形中使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、控制難度加大了。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供了一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):它主要由圓盤和四個(gè)柔性支撐單元組成，四個(gè)柔性支撐單元沿圓盤的圓周方向均勻分布，構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)；每個(gè)柔性支撐單元包含支撐板、第一柔性連桿、連接板和第二柔性連桿，支撐板和連接板之間有第一柔性連桿，連接板和圓盤之間有第二柔性連桿；第一柔性連桿和第二柔性連桿上都開有圓弧槽口 ；支撐板上開有固定孔；圓盤上開有連接孔。本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型所使用的雙向可變剛度的柔性鉸鏈的支撐板與機(jī)器人腳底板連接，圓盤與機(jī)器人踝關(guān)節(jié)支承座連接；當(dāng)機(jī)器人腳部著地時(shí)，圓盤通過柔性連桿帶動(dòng)連接板、連接板通過柔性連桿部分帶動(dòng)支撐板產(chǎn)生直線位移或俯仰角或翻滾角，使其剛度發(fā)生變化；從而明顯提高了機(jī)器人在應(yīng)對(duì)足部著地沖擊時(shí)的自我調(diào)整能力，使仿人機(jī)器人行走時(shí)更加平穩(wěn)、舒適；同時(shí)可以吸收著地時(shí)沖擊產(chǎn)生的能量，抬腳起步時(shí)，被壓縮的柔性鉸鏈可釋放彈性變形能，在機(jī)器人的行走過程中起到節(jié)能的目的。

圖1是本實(shí)用新型的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2是本實(shí)用新型的三維立體圖；圖3是本實(shí)用新型的平面圖；圖4是本實(shí)用新型軸向受力時(shí)的形變示意圖；圖中，支撐板1、連接板2、圓弧槽口 3、圓盤4、連接孔5、固定孔6、柔性連桿7、柔性連桿8。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型由圓盤4和四個(gè)柔性支撐單元組成，四個(gè)柔性支撐單元沿圓盤4的圓周方向均勻分布，構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)；每個(gè)柔性支撐單元包含支撐板1、柔性連桿7、連接板2和柔性連桿8，支撐板I和連接板2之間有柔性連桿7，連接板2和圓盤4之間有柔性連桿8。本實(shí)用新型的工作過程如下，柔性鉸鏈通過支撐板I上的固定孔6被固定在機(jī)器人腳底板上，踝關(guān)節(jié)支撐座通過圓盤4上的連接孔5與整個(gè)柔性鉸鏈相連；工作時(shí)，圓盤4受到來自踝支撐座的力，柔性連桿8發(fā)生彈性變形，力通過連接板2傳遞到柔性連桿7，使其也發(fā)生彈性變形；通過柔性連桿7和柔性連桿8的串聯(lián)彈性變形，實(shí)現(xiàn)了柔性鉸鏈的整體大位移變形。圓盤4受到不同大小、不同方向的力時(shí)，每個(gè)柔性支撐單元的變形量是不同的，因此，柔性鉸鏈會(huì)產(chǎn)生不同的俯仰角或翻滾角，使其剛度發(fā)生變化。通過改變圓弧槽口 3的大小和形狀及調(diào)整柔性鉸鏈整體的厚度，可改變?nèi)嵝糟q鏈的整體剛度。以上通過參考在附圖中表示的示例性實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做了特別的展示和說明，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，應(yīng)該明白，在不背離本實(shí)用新型的思想和范圍下做出在形式上和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變，都將是對(duì)本實(shí)用新型專利的侵犯。因此本實(shí)用新型要保護(hù)的真正思想和范圍由所附的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求1.一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈，其特征在于:它主要由圓盤和四個(gè)柔性支撐單元組成，四個(gè)柔性支撐單元沿圓盤的圓周方向均勻分布，構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)；每個(gè)柔性支撐單元包含支撐板、第一柔性連桿、連接板和第二柔性連桿，支撐板和連接板之間有第一柔性連桿，連接板和圓盤之間有第二柔性連桿；第一柔性連桿和第二柔性連桿上都開有圓弧槽口 ；支撐板上開有固定孔；圓盤上開有連接孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有雙向可變剛度的柔性鉸鏈。本實(shí)用新型主要由圓盤和四個(gè)柔性支撐單元組成，四個(gè)柔性支撐單元沿圓盤的圓周方向均勻分布，構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)；每個(gè)柔性支撐單元包含支撐板、第一柔性連桿、連接板和第二柔性連桿，支撐板和連接板之間有第一柔性連桿，連接板和圓盤之間有第二柔性連桿；第一柔性連桿和第二柔性連桿上都開有圓弧槽口；支撐板上開有固定孔；圓盤上開有連接孔。本實(shí)用新型提高了機(jī)器人在應(yīng)對(duì)足部著地沖擊時(shí)的自我調(diào)整能力，使仿人機(jī)器人行走時(shí)更加平穩(wěn)、舒適。
文檔編號(hào)B62D57/032GK203020440SQ20132002927
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者周建軍, 張亞平, 明瑞松 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)