全文摘要
本实用新型涉及一种被动柔性恒力机构，包括上基板、下基板、柔性薄梁；柔性薄梁有四条，每条柔性薄梁的一端与上基板固定连接，每条柔性薄梁的另一端与下基板固定连接，四条柔性薄梁与上基板的四个连接点分别位于上基板的四周，四条柔性薄梁与下基板的四个连接点分别位于下基板的四周，从上往下看，四条柔性薄梁依次环绕围成一个方形。本被动柔性恒力机构不仅结构简单紧凑、响应速度快、安装和更换方便，且总体质量、体积小，可在单方向输入的工况下实现恒力输出，可用于机器人末端执行器等应用场合。
主设计要求
1.一种被动柔性恒力机构，其特征在于：包括上基板、下基板、柔性薄梁；柔性薄梁有四条，每条柔性薄梁的一端与上基板固定连接，每条柔性薄梁的另一端与下基板固定连接，四条柔性薄梁与上基板的四个连接点分别位于上基板的四周，四条柔性薄梁与下基板的四个连接点分别位于下基板的四周，从上往下看，四条柔性薄梁依次环绕围成一个方形。
设计方案
1.一种被动柔性恒力机构，其特征在于：包括上基板、下基板、柔性薄梁；柔性薄梁有四条，每条柔性薄梁的一端与上基板固定连接，每条柔性薄梁的另一端与下基板固定连接，四条柔性薄梁与上基板的四个连接点分别位于上基板的四周，四条柔性薄梁与下基板的四个连接点分别位于下基板的四周，从上往下看，四条柔性薄梁依次环绕围成一个方形。
2.按照权利要求1所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：上基板的中心和下基板的中心均设有安装孔。
3.按照权利要求2所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：上基板的安装孔有四个且位于上基板的中心，下基板的安装孔有四个且位于下基板的中心。
4.按照权利要求1所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：上基板设有四个固定座，四个固定座固定在上基板的四周，四条柔性薄梁分别固定在四个固定座上。
5.按照权利要求4所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：固定座通过螺栓固定在上基板上，柔性薄梁通过螺钉固定在固定座上。
6.按照权利要求1所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：下基板设有四个固定座，四个固定座固定在下基板的四周，四条柔性薄梁分别固定在四个固定座上。
7.按照权利要求6所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：固定座通过螺栓固定在下基板上，柔性薄梁通过螺钉固定在固定座上。
8.按照权利要求4或者6所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：固定座上设有安装槽和夹片，柔性薄梁插入安装槽并固定在安装槽内，用于固定柔性薄梁的夹片固定在安装槽内并与柔性薄梁接触。
9.按照权利要求1所述的一种被动柔性恒力机构，其特征在于：柔性薄梁为锈钢薄板。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种恒力机构，尤其涉及一种被动柔性恒力机构。
背景技术
目前，在机器人运动领域，常设计到机器人接触作业，即需要同时控制机器人的输出力和位移才能完成的作业任务，如抛光、打磨、精密操作等任务。当机器人与外界未知环境接触时，往往会因为位置的突变导致力的突变，从而大幅降低机器人与外界的交互性。恒力机构是指在一定输入运动范围内其输出端产生的反作用力近似不变的机构。目前常用的恒力机构分为两类，第一类是主动恒力机构；第二类是被动恒力机构。被动恒力机构又细分为被动刚性恒力机构和被动柔性恒力机构。刚性恒力机构一般是指：通过弹簧储存外界能量然后逐渐释放从而实现近似恒定力-位移输出曲线的机构。柔性恒力机构一般是指：利用机构中的柔性构件在运动过程中存储能量进而实现能量的存储与释放，并使之满足一定关系，从而实现恒定输出力的机构。此外，目前应用最为广泛的被动刚性恒力机构，例如恒力吊架和恒力支架，由于使用到的弹簧不完全符合胡克定律，且所设计的机构往往存在摩擦力、磨损、装配复杂等问题，导致输出精度较低。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种被动柔性恒力机构，该被动柔性恒力机构结构简单，当输入端的输入位移在一定范围内时，机构仍能提供近似恒定输出的反作用力。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种被动柔性恒力机构，包括上基板、下基板、柔性薄梁；柔性薄梁有四条，每条柔性薄梁的一端与上基板固定连接，每条柔性薄梁的另一端与下基板固定连接，四条柔性薄梁与上基板的四个连接点分别位于上基板的四周，四条柔性薄梁与下基板的四个连接点分别位于下基板的四周，从上往下看，四条柔性薄梁依次连接(环绕)围成一个方形，上基板和下基板均可以受力，在一定的运动范围内，柔性薄梁挠曲变形产生的反作用力近似为恒定。
进一步的是：上基板的中心和下基板的中心均设有安装孔，用于与外界的输入机构或固定端连接。
进一步的是：上基板的安装孔有四个且位于上基板的中心，下基板的安装孔有四个且位于下基板的中心，使得四条柔性薄梁受力更加均匀。
进一步的是：上基板设有四个固定座，四个固定座固定在上基板的四周，四条柔性薄梁分别固定在四个固定座上，便于拆卸和安装，可以安装不同尺寸和材料的柔性薄梁。
进一步的是：固定座通过螺栓固定在上基板上，柔性薄梁通过螺钉固定在固定座上，便于拆卸和更换。
进一步的是：下基板设有四个固定座，四个固定座固定在下基板的四周，四条柔性薄梁分别固定在四个固定座上，便于拆卸和安装，可以安装不同尺寸和材料的柔性薄梁。
进一步的是：固定座通过螺栓固定在下基板上，柔性薄梁通过螺钉固定在固定座上。
进一步的是：固定座上设有安装槽和夹片，柔性薄梁插入安装槽并固定在安装槽内，用于固定柔性薄梁的夹片固定在安装槽内并与柔性薄梁接触，使得柔性薄梁的安装更加紧固。
进一步的是：柔性薄梁为不锈钢薄板，不锈钢薄板具有特殊的受力特性和挠曲变形特性，并具有较大的弹性变形行程。
总的说来，本实用新型具有如下优点：
本被动柔性恒力机构，当上基板或下基板受到垂直于其表面的输入位移时，柔性薄梁受力发生屈曲变形并产生相应的反作用力。本实用新型所使用的柔性薄梁，在一定运动范围内，其挠曲变形产生的反作用力近似为恒定，能提供一种恒定的反作用力。本机构不仅零件结构简单，容易加工；同时其零件数较少且安装空间大，容易进行装配，而且避免了传统机构的一些缺点，如该机构没有传统的运动副，因此运动过程中不受摩擦力影响且无磨损；本机构安装无间隙，因此运动过程中不存在回程误差等运动误差。这使得本机构拥有较高的恒力输出精度。由于机构体积小、重量轻，恒力机构的有效恒力行程大，且机构的运动主要是薄梁这种柔性部件的运动，因此运动过程中产生的噪音较小。
附图说明
图1是本被动柔性恒力机构的结构示意图。
图2是本被动柔性恒力机构的俯视图。
图3是柔性薄梁的结构示意图。
图4是柔性薄梁的变形示意图。
图5是本被动柔性恒力机构工作时的力-位移曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：
1为上基板，2为下基板，3为柔性薄梁，4为安装孔，5为固定座，6为夹片。
结合图1、图2、图3所示，一种被动柔性恒力机构，包括上基板、下基板、柔性薄梁；柔性薄梁有四条，四条柔性薄梁可以提供恒力输出，柔性薄梁可由普通薄板制备而成，通过尺寸设计和调整安装位置使薄板具有特殊受力特性和挠曲变形特性，并且柔性薄梁能够发生弹性变形，本实施例中柔性薄梁为不锈钢薄板。每条柔性薄梁的一端与上基板固定连接，每条柔性薄梁的另一端与下基板固定连接，即每条柔性薄梁的两端分别与上基板和下基板连接。
上基板设有四个固定座，四个固定座通过螺钉固定在上基板的四周，固定座是可以拆卸的，当出现损坏时候可以更换，也可以根据需要更换不同的尺寸。四条柔性薄梁分别固定在四个固定座上。固定座通过螺栓固定在上基板上，柔性薄梁的一端通过螺钉固定在上基板的固定座上。
下基板设有四个固定座，四个固定座通过螺钉固定在下基板的四周，固定座是可以拆卸的，当出现损坏时候可以更换，也可以根据需要更换不同的尺寸。四条柔性薄梁分别固定在四个固定座上。固定座通过螺栓固定在下基板上，柔性薄梁的一端通过螺钉固定在下基板固定座上。
四条柔性薄梁与上基板的四个连接点分别位于上基板的四周，四条柔性薄梁与下基板的四个连接点分别位于下基板的四周，连接点就是固定在上基板或下基板四周的固定座。优选地，本实施例中柔性薄梁的安装位置及安装方式为：每条柔性薄梁均以相同的倾斜角度和倾斜方向安装，从上往下看，四条柔性薄梁依次环绕(连接)围成一个方形。
固定座上设有安装槽和夹片，固定座有一个是倾斜表面，倾斜表面的倾斜角度与安装在该固定座上的柔性薄梁的倾斜角度一致，该倾斜表面上设有一个安装槽，安装槽的宽度与柔性薄梁宽度一致，柔性薄梁插入安装槽并固定在安装槽内，用于固定柔性薄梁的夹片固定在安装槽内并与柔性薄梁接触，柔性薄梁的其中一端位于安装槽内，用螺钉穿过夹片将柔性薄梁固定在安装槽内。固定在固定座上的柔性薄梁是可以拆卸的，可以根据实际情况更换不同材料或者不同尺寸的柔性薄梁，从而使得被动柔性恒力机构的适用性更广。
上基板的中心和下基板的中心均设有安装孔。安装孔用于与外界的输入机构或固定端连接。
上基板的安装孔有四个且位于上基板的中心，下基板的安装孔有四个且位于下基板的中心，安装孔位于上基板或下基板的中心，在连接输入机构或固定端后，每条柔性薄梁的受力会更加均匀。
结合图1、图4、图5所示，在对上基板或下基板输入一定范围的力或者位移时候，由于柔性薄梁发生的挠曲变形是弹性变形，因此上基板在一定范围内随意运动时，薄柔性梁将会不断在被压缩和反弹回复这两种状态中跳转。柔性薄梁在这段运动过程中存储能量，实现能量的存储与释放，而这个过程中能量的储存和释放近似相等，从而实现恒力输出。相比现有的恒力机构，大部分都利用弹簧构件，是一种刚性恒力机构，例如现有的恒力吊架和恒力支架，都是采用弹簧来实现恒力的输出，本机构采用一种柔性薄梁，是一种柔性恒力机构，能够提供更加精确和稳定的恒力输出。ABAQUS是一种有限元仿真软件，CBCM是一种针对柔性薄梁的数学模型。
本被动柔性恒力机构的工作原理：当下基板为固定端，上基板与外界输入端连接，外界输入端输入垂直于上基板负方向(从上基板指向下基板)的力或者运动时。由于所输入的力或者运动会对柔性薄梁进行挤压，因此柔性薄梁将会对上基板产生垂直于上基板正方向(从下基板指向上基板)的反作用力F。在一定的运动范围内，该反作用力F将会保持近似恒定。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920022347.4
申请日:2019-01-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:81(广州)
授权编号:CN209504113U
授权时间:20191018
主分类号:B25J 9/00
专利分类号:B25J9/00
范畴分类:40E;
申请人:华南理工大学
第一申请人:华南理工大学
申请人地址:510640 广东省广州市天河区五山路381号
发明人:王念峰;张建亮;张宪民
第一发明人:王念峰
当前权利人:华南理工大学
代理人:官国鹏
代理机构:44245
代理机构编号:广州市华学知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：恒力论文;