一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构及其柔顺控制方法与流程

本发明属于机器人，特别是涉及一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构及其柔顺控制方法。

背景技术：

1、电机驱动关节旋转在机器人领域是十分重要的设计，面对不同的任务目标需要设置旋转关节不同的刚度，可通过设计柔顺控制算法实现。关节锁定机构是一种常见的机械设计，用于在需要时锁定或释放关节，可以节省能量，降低关节磨损。这种机构在工程、医疗设备和运动器材等领域广泛应用。目前常见的技术大多是利用摩擦力、球销、齿轮或液压等机构锁定。摩擦力锁定长时间使用会导致摩擦部件磨损、能耗高、精度低；球销锁定可靠性有限、长期使用易出现间隙或松动、灵活性差；齿轮锁定结构复杂、占用空间较大、设计和加工成本较高；液压系统制造和维护成本较高、系统复杂存在油液泄漏风险，影响可靠性和环境安全、重量大不适合对轻量化要求高的应用。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构及其柔顺控制方法，实现了关节主动柔顺控制转动与锁定功能，降低了空间占用率。

2、为了实现本发明目的，一方面，本发明提供了一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，所述固定棘齿和滑动棘齿相对的一侧分布有端面棘齿，用于相互啮合时限制方向的转动，所述固定棘齿和所述滑动棘齿的中心设有圆孔；电机中心有孔，安装面位于自身两侧，其中一侧与输出连杆配合，另一侧与套筒连杆配合，输出连杆与所述套筒连杆之间通过电机形成转动机构；

3、所述套筒连杆两侧开有方形滑槽，上表面设置有圆形贯通孔，底部中心开有圆孔；

4、端盖端面上有凸起，所述凸起的中心开有圆形贯通孔，与所述套筒连杆端面上的凹槽配合，实现固定。

5、所述滑动棘齿的弧形端面棘齿与所述固定棘齿的弧形端面棘齿啮合时，所述滑动棘齿与所述固定棘齿的中心留有空隙，用于固定记忆合金弹簧。

6、第一记忆合金弹簧的一端固定在所述端盖中心的圆孔处，另一端固定在所述滑动棘齿中心的圆孔处；第二记忆合金弹簧的一端固定在所述滑动棘齿中心的圆孔处，另一端固定在所述固定棘齿中心的圆孔处，并保证记忆合金弹簧收缩时所述滑动棘齿和所述固定棘齿表面的端面棘齿能互相啮合。

7、当所述第一记忆合金弹簧通电时，所述第一记忆合金弹簧收缩，所述固定棘齿和所述滑动棘齿表面的端面棘齿分离，转轴可以自由转动；当所述第二记忆合金弹簧通电时，所述第二记忆合金弹簧收缩，所述固定棘齿和所述滑动棘齿表面的端面棘齿啮合，限制转轴在受力方向上的转动。

8、所述输出连杆中心有突出轴和小孔，安装时所述突出轴穿过所述电机中心与所述套筒连杆底部孔洞，与所述固定棘齿安装面配合。

9、所述突出轴端带有凹槽，与所述固定棘齿安装槽中的突起配合，实现固定。

10、所述滑动棘齿通过两侧的方形滑块与所述套筒连杆的滑槽相配合，实现在套筒内轴向运动。

11、另一方面，本发明还提供一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构的柔顺控制方法，包括以下步骤：

12、步骤1、通过电机传感器的实时反馈得到角度数据与扭矩数据；

13、步骤2、将所述角度数据与所述扭矩数据输入导纳控制器，得到期望角度误差值；

14、步骤3、将计算得到的实际目标角度输入pid位置控制器，完成对电机的位置控制。

15、与现有技术相比，本发明的显著进步在于：(1)本发明提供的主动旋转锁定机构结构紧凑，空间占用率低；且安装方便，使用简单，便携性更强；(2)本发明通过两根记忆合金弹簧驱动滑块向两个方向移动，实现棘齿的啮合与分离，达到锁定旋转并节能的目的；(3)本发明结构简单，响应速度快，能在较小的尺寸限制下实现柔顺控制与锁定旋转效果。

16、为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

技术特征：

1.一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，其特征在于，所述固定棘齿(4)和滑动棘齿(5)相对的一侧分布有端面棘齿，用于相互啮合时限制方向的转动，所述固定棘齿(4)和所述滑动棘齿(5)的中心设有圆孔；

2.根据权利要求1所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，其特征在于，所述滑动棘齿(5)的弧形端面棘齿与所述固定棘齿(4)的弧形端面棘齿啮合时，所述滑动棘齿(5)与所述固定棘齿(4)的中心留有空隙，用于固定记忆合金弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，其特征在于，第一记忆合金弹簧的一端固定在所述端盖(6)中心的圆孔处，另一端固定在所述滑动棘齿(5)中心的圆孔处；第二记忆合金弹簧的一端固定在所述滑动棘齿(5)中心的圆孔处，另一端固定在所述固定棘齿(4)中心的圆孔处，并保证记忆合金弹簧收缩时所述滑动棘齿(5)和所述固定棘齿(4)表面的端面棘齿能互相啮合。

4.根据权利要求3所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，其特征在于，当所述第一记忆合金弹簧通电时，所述第一记忆合金弹簧收缩，所述固定棘齿(4)和所述滑动棘齿(5)表面的端面棘齿分离，转轴可以自由转动；当所述第二记忆合金弹簧通电时，所述第二记忆合金弹簧收缩，所述固定棘齿(4)和所述滑动棘齿(5)表面的端面棘齿啮合，限制转轴在受力方向上的转动。

5.根据权利要求1所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，其特征在于，所述输出连杆(1)中心有突出轴和小孔，安装时所述突出轴穿过所述电机(2)中心与所述套筒连杆(3)底部孔洞，与所述固定棘齿(4)安装面配合。

6.根据权利要求5所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，其特征在于，所述突出轴端带有凹槽，与所述固定棘齿(3)安装槽中的突起配合，实现固定。

7.根据权利要求1所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构，其特征在于，所述滑动棘齿(5)通过两侧的方形滑块与所述套筒连杆(3)的滑槽相配合，实现在套筒内轴向运动。

8.一种基于上述权利要求1-7任意一项所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构的柔顺控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构的柔顺控制方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种柔顺控制端面棘齿主动旋转锁定机构及其柔顺控制方法，所述固定棘齿和滑动棘齿相对的一侧分布有端面棘齿，用于相互啮合时限制方向的转动，所述固定棘齿和所述滑动棘齿的中心设有圆孔；电机中心有孔，安装面位于自身两侧，其中一侧与输出连杆配合，另一侧与套筒连杆配合，输出连杆与所述套筒连杆之间通过电机形成转动机构；所述套筒连杆两侧开有方形滑槽，上表面设置有圆形贯通孔，底部中心开有圆孔；端盖端面上有凸起，与所述套筒连杆端面上的凹槽配合，实现固定。本发明结构简单，响应速度快，能在较小的尺寸限制下实现柔顺控制与锁定旋转的效果。

技术研发人员：何龙,刘涛,任敬伟,李佳兴,方盛豪,张天俊,赵雨杰
受保护的技术使用者：杭州智元研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6