本发明属于机器人，具体涉及一种变刚度平面扭簧。
背景技术：
1、近年来，人们通过阻抗控制等主动柔性、串联弹性驱动器等被动柔性的方式，实现人类、机器人与环境之间建立安全交互的系统。其中，采用串联弹性驱动器的关节具有较好的抗冲击性，使得关节从机械结构上具备被动柔性，得到广泛的应用。平面扭簧是串联弹性驱动器的关键元件，既能够提供被动柔性，又可以通过集成编码器测量平面扭簧的变形来测量力矩，从而实现主动柔性，使关节具有紧凑化、小型化的优点。
2、现有技术中，平面扭簧在不同载荷下刚度几乎不变。为了提高机器人的柔性感知能力，需要选择较低的设计刚度。而在保持平面扭簧尺寸不变的情况下，降低刚度一般会减小平面扭簧的最大承载扭矩。现有技术采用内外圈的硬限位来保护平面扭簧不被破坏，如中国专利cn201910862585.0公开的一种单向平面扭簧，其只能单向限位保护，一旦达到最大承载力矩，会使平面扭簧呈现出近似刚性的特征，大大减弱关节的抗冲击性能，难以保护谐波减速器等关键元件在机器人与环境碰撞时不被破坏。综上所述，现有平面扭簧设计技术难以兼顾机器人的柔性感知能力和缓冲保护能力，不适用于一些特殊的场合。例如，特种机器人在拆除炸弹和清除障碍两项任务中，分别需要在低载荷下具有高柔性感知能力，同时在高载荷下具有缓冲保护能力。
3、因此，如何提供一种变刚度平面扭簧是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种变刚度平面扭簧，兼顾机器人的柔性感知能力和缓冲保护能力，达到了在低载荷下具有高柔性感知能力，在高载荷下仍然具有一定的缓冲保护能力的功能。
2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种变刚度平面扭簧，其包括：
3、输入连接结构，所述输入连接结构用于连接旋转动力输入端；
4、输出连接结构，所述输出连接结构为环形并位于所述输入连接结构的外周侧，所述输出连接结构用以连接外部负载被动件；
5、柔性串联单元，所述柔性串联单元有多组且分布在所述输入连接结构的外周侧，所述柔性串联单元用以连接所述输入连接结构及输出连接结构并传递扭矩，所述柔性串联单元上设有接合碗，所述输出连接结构的内圈侧设有配合接合碗的阻止块，所述接合碗与阻止块配合形成限位结构；所述接合碗与阻止块之间有配合间隙，所述配合间隙的大小受扭矩载荷影响，当所述接合碗与阻止块之间有配合间隙时，此时有第一扭矩载荷范围；当所述接合碗与阻止块抵接时，此时有第二扭矩载荷范围。
6、本发明的有益效果是：输入连接结构与输出连接结构是内外侧布置的，其之间通过多组柔性串联单元连接以传递扭矩，本发明设计了柔性串联单元，利用柔性串联单元上的接合碗与输出连接结构上的阻止块配合构成限位结构，此限位结构用于实现平面扭簧的变刚度特性，当小于一定扭矩载荷时，柔性串联单元有变形量，但是此变形量不足以使得接合碗与阻止块接触，此情况下平面扭簧表现低刚度特性，当超过一定的扭矩载荷时，柔性串联单元上的接合碗与输出连接结构上的阻止块接触，此时，随着载荷增大，柔性串联单元几乎不再发生形变，此情况下平面扭簧表现高刚度特性。本发明利用柔性串联单元与输出连接结构形成的限位结构，使得平面扭簧在一定尺寸限制下同时实现更低刚度和更高承载力矩的特征。
7、优选的，所述输入连接结构为环形结构，所述输入连接结构与旋转动力输入轴固连，所述输入连接结构的外周侧均布有多组柔性串联单元。
8、由此产生的技术效果是：输入连接结构连接致动件，实现动力供给，利用多组柔性串联单元实现柔性传递扭矩的效果。
9、优选的，所述柔性串联单元包括第一柔性连接部和第二柔性连接部，所述第一柔性连接部包括板状连接体和月牙型接合碗，所述板状连接体的一端与所述输入连接结构的外侧壁一体成型，所述月牙型接合碗固定在所述板状连接体的另一端，所述月牙型接合碗上设有弧形面，所述阻止块上设有配合弧形面形状的外凸面，所述弧形面与外凸面之间有配合间隙，所述第二柔性连接部两两一组且对称分布在所述月牙型接合碗的两侧端，所述第二柔性连接部的端部与所述输出连接结构的内圈侧固连。
10、由此产生的技术效果是：第一柔性连接部是与输入连接结构连接的基础，其上的月牙型结合碗能与阻止块配合实现柔性串联单元的限位，月牙型接合碗与阻止块之间是有初始间隙的，这样可以在低扭矩载荷情况下表现出低刚度特性。在低刚度特性状态下，柔性串联单元的变形量是第一柔性连接部和第二柔性连接部变形量的总和。
11、优选的，所述第二柔性连接部为u型板状结构，所述第二柔性连接部对应u型板状结构的两侧端向外折弯有连接耳，所述输出连接结构的内圈侧设有用于连接第二柔性连接部的支座，所述支座的两侧分别与对应侧第二柔性连接部上的连接耳固连。
12、由此产生的技术效果是：第二柔性连接部为u型板状和连接耳的组合体，便于连接输出连接结构的同时提供弹性变形条件。
13、优选的，所述支座与阻止块在所述输出连接结构的内圈侧依次间隔布置。
14、由此产生的技术效果是：结构设计合理，在周向上力矩作用点分布均匀。
15、优选的，所述板状连接体靠近所述输入连接结构的一端有渐变厚度连接区。
16、由此产生的技术效果是：渐变厚度连接区提高了第一柔性连接部与输入连接结构之间的可靠性和稳定性。
17、优选的，所述第一柔性连接部和第二柔性连接部均由tc4材料成型。
18、由此产生的技术效果是：第一柔性连接部和第二柔性连接部由tc4材料成型，在保证柔性传递扭矩的同时具有一定的韧性和强度。
1.一种变刚度平面扭簧，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种变刚度平面扭簧，其特征在于，所述输入连接结构(1)为环形结构，所述输入连接结构(1)与旋转动力输入轴固连，所述输入连接结构(1)的外周侧均布有多组柔性串联单元(3)。
3.根据权利要求2所述的一种变刚度平面扭簧，其特征在于，所述柔性串联单元(3)包括第一柔性连接部(31)和第二柔性连接部(32)，所述第一柔性连接部(31)包括板状连接体(311)和月牙型接合碗(312)，所述板状连接体(311)的一端与所述输入连接结构(1)的外侧壁一体成型，所述月牙型接合碗(312)固定在所述板状连接体(311)的另一端，所述月牙型接合碗(312)上设有弧形面，所述阻止块(21)上设有配合弧形面形状的外凸面，所述弧形面与外凸面之间有配合间隙，所述第二柔性连接部(32)两两一组且对称分布在所述月牙型接合碗(312)的两侧端，所述第二柔性连接部(32)的端部与所述输出连接结构(2)的内圈侧固连。
4.根据权利要求3所述的一种变刚度平面扭簧，其特征在于，所述第二柔性连接部(32)为u型板状结构，所述第二柔性连接部(32)对应u型板状结构的两侧端向外折弯有连接耳(321)，所述输出连接结构(2)的内圈侧设有用于连接第二柔性连接部(32)的支座(22)，所述支座(22)的两侧分别与对应侧第二柔性连接部上的连接耳(321)固连。
5.根据权利要求4所述的一种变刚度平面扭簧，其特征在于，所述支座(22)与阻止块(21)在所述输出连接结构(2)的内圈侧依次间隔布置。
6.根据权利要求3所述的一种变刚度平面扭簧，其特征在于，所述板状连接体(311)靠近所述输入连接结构(1)的一端有渐变厚度连接区。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种变刚度平面扭簧，其特征在于，所述第一柔性连接部(31)和第二柔性连接部(32)均由tc4材料成型。
