史延雷　张明路　张小俊　白　丰

河北工业大学，天津，300132



一种旋转型机器人柔性关节设计与分析

史延雷张明路张小俊白丰

河北工业大学，天津，300132

通过对人类膝关节柔性产生机理研究，仿照动物关节肌肉-肌腱组织设计出一种适用于电机驱动的旋转型柔性关节。通过研究对比旋转型SEA(serieselasticactuator)与直线型SEA机构特点，提出一种由8个压缩弹簧协同组成的柔性输出机构，并建立柔性输出机构刚度模型，确立了弹性元件参数与柔性关节等效刚度的数学关系。在此基础上，对柔性关节整体进行紧凑化设计，电机、减速器、柔性输出机构集中安装于关节部位，使柔性关节模块化、通用性强。通过对该柔性关节软件仿真及关节样机测试，验证了关节抗冲击能力和柔性输出能力可以满足柔性关节型机器人对柔性关节的应用需求。

机器人；柔性关节；紧凑设计；串联弹性驱动器

0　引言

关节型机器人以其活动灵活、工作空间大的特点，广泛应用于工业、医疗等各个领域。传统的机器人关节采用刚性设计方法，运动速度、精度已经达到较高水平，但随着机器人应用的不断普及，面对新任务，传统刚性关节已经不能满足要求：工作在障碍物较多的未知环境，刚性机器人因碰撞障碍物而导致精度降低或损坏；在与人类肢体直接接触的助残、康复、外骨骼机器人上，安全问题是设计过程中必须考虑的重要方面，刚性机器人即使配合各类传感装置，安全系数仍不能达到要求[1]。……