连续变刚度仿生驱动关节的设计与建模分析

机器人仿生关节刚度连续变化功能的设计与控制是柔性驱动技术的难点问题。提出一种可连续变刚度的仿生驱动关节,该关节采用变力臂方式实现从低刚度到高刚度的连续变化,仿生驱动关节主副电机功率比大、结构紧凑。为了分析该仿生驱动关节的弹性变形与负载之间的刚度变化关系,建立有负载条件下的静力学方程,通过数值计算模拟得到关节刚度与主副电机的角度关系,并对仿生驱动关节进行力矩跟踪、阶跃响应和刚度跟踪3种实验。实验结果表明,新设计的变刚度驱动关节在16 N·m的正弦输出力矩下,最大误差为1.23 N·m,方差为0.19 N·m,最大误差占总幅值的7.7%;在刚度跟踪为0.4~1.6 N·m/(°)范围内、输出扭转角为5°时,误差最大为0.09 N·m/(°),占总均值刚度的9.0%。