液压伺服被动柔顺关节的柔顺特性分析

刘纯键，蒋 林,2，任利胜，潘孝越，周 玲，赵 慧,2

(1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北 武汉，430081；2.武汉科技大学机器人与智能系统研究院，湖北 武汉，430081)

液压伺服柔顺关节作为液压机械臂类机器人的主要部件，具有输出力矩较大、传动平稳、结构简单、响应速度快以及精度高等特点，但因其负载刚度较大，当发生人机物理碰撞时，对人或设备所造成的伤害程度也更严重[1-3]。为了解决输出力矩较大的液压机械臂类机器人的人机物理接触安全性问题，需有效提升液压驱动机构在意外碰撞发生瞬间对碰撞及时做出反应的能力。已有研究表明，增强机器人关节柔顺性有助于化解或降低人机物理接触时的撞击力，其中机器人关节柔顺性又可分为被动柔顺性[4]和主动柔顺性[5]，前者指机器人藉由柔性机构在与外部环境接触时表现出的自然顺从，后者则是在力反馈作用下，机器人通过主动控制输出力而表现出的一种柔顺性。不过，产生力反馈需要一定的时间，而实际中人机碰撞的发生具有不确定性，并且作用时间通常很短暂，机器人关节主动柔顺性控制往往来不及发挥作用，伤害就已经造成，因此开发具有被动柔顺性的机器人关节就显得尤为重要。当前，随着智能材料和新型驱动技术的发展，被动柔顺关节虽已得到广泛应用[6-8]，但仍存在一些实际问题，例如张亚平等[9]在电机输出端面设置弹性环，通过弹性环的挤压变形实现了关节输出刚度可变，然而弹性环控制精度不足，难以满足传动平稳的要求；……