一种扭簧变刚度柔性关节的设计与研究

变刚度关节由于其固有的柔性特征,可实现人与机器人在非结构化环境下的安全交互.针对扭簧扭转时中径发生改变提出了一种具有非线性刚度的紧凑型柔性关节,并满足常用的力作用情景"小载荷,低刚度;大载荷,高刚度".首先,给出柔性关节模型,采用扭簧以及开口套作为基本弹性元件,通过调节螺母滑块的位置,使钢球挤压开口套并改变扭簧中径,实现对关节的刚度调节.其次,结合弹性变形理论,分析描述了柔性关节中弹性元件的力学本构方程和截面应力分布规律,得到关节的转角、扭矩及刚度间的关系.最后,根据关节转动不同角度以及施加不同载荷以获取扭矩与刚度变化的仿真数据,结果表明该柔性关节的设计是有效的,同时,可为研究该类扭簧变刚度的力学行为提供理论参考.

Design and Research of a Variable Stiffness Compliant Joint Based on Torsional Spring