本技术介绍了一种新型的磁场调控主动柔顺传动关节及其工作方法,该关节集成了输出、刚度调节和位置驱动模块。通过磁耦合技术,该关节实现了无接触的变刚度传动,避免了物理摩擦,延长了系统的使用寿命并增强了稳定性。关节的一级刚度调节通过齿轮齿条机构实现,而二级刚度调节则通过凸轮齿轮一体结构和螺旋滑槽设计,同步调整磁耦合间隙和扇形磁轭模块的径向位置。这种多级调节机制使得关节能够根据外部负载动态调整响应特性,扩大了刚度调节范围,提高了关节在不同工作环境中的适应性。
背景技术
当前机器人产业蓬勃发展,正极大改变着人类生产和生活方式,随着机器人产业的兴起和发展,人机交互的技术为生产力的发展带来革命性进步。为了避免机器人交互过程中意外碰撞导致的事故,保护操作人员、机器人及环境设备的安全,同时适应不同工况条件需求,设计一种性能可靠、结构简单、可控性高,同时具有刚度调整迅速、变化范围广的变刚度关节,对促进机器人运动性能的提高具有重要意义。
变刚度机构是仿生关节的关键组成部分,是区别于传统刚性驱动器的重要部件,能够直接影响关节的变刚度性能,当前机器人变刚度柔顺关节从结构原理上主要分为:(1)平衡位置调节式,改变关节内置弹簧片的有效长度来调节其挠曲刚度,进而改变关节的输出刚度;(2)拮抗作用式,使用一组弹簧和拮抗力来改变关节的刚度,从而允许机器人在执行任务时更好地适应不同的环境和条件;(3)变结构式,采用特殊的机械结构,如弹簧片、行星轮系和曲柄滑块机构等,配合改变弹性原件的有效工作长度来调整关节的刚度。传统的变刚度关节多为接触式传动,容易发生疲劳损伤。例如中国专利CN106737824A提出的一种电磁式可变刚度的柔性转动关节,其通过径向布置的线圈和电磁耦合达到变刚度的目的,并通过弹簧限位来使关节恢复到平衡位置,但长时间通电会导致线圈持续发热,加速线圈的老化过程,降低其使用寿命,不能长时间工作。又如中国专利CN110978046A提出的一种基于圆柱凸轮的变刚度关节及其控制方法,通过调节筒形铁心电磁铁与环形衔铁之间的吸力,使滚子在圆柱凸轮筒壁上开设的曲面凹槽内运动,从而使圆柱凸轮筒旋转并产生回复力矩,改变电流大小以改变关节输出刚度。但凸轮和筒壁之间的持续接触和相对运动,长时间工作会导致凸轮轮廓的变形和精度的下降,同时铁芯电磁铁在持续电流工作状态下容易老化,影响输出刚度的精度。
实现思路