34、新型可调恒力机构与拇指康复器设计方案

新型可调恒力机构与拇指康复器设计方案

新型可调恒力机构

在机器人与环境及人类的交互中，接触力的控制至关重要。不准确的接触力可能会降低生产效率、表面质量以及与人类交互时的安全性。因此，调节机器人与环境之间的接触力成为了一项有意义的工作。

传统上，恒力通常通过与力传感器相关联的闭环控制器来实现，但这种方法存在高成本设备和复杂控制算法的缺点，限制了其应用。为了克服这些弱点，无传感器的恒力机构（CFM）方法应运而生，它可以在一定位移范围内保持输出力，同时降低硬件和软件成本，并提供可靠的力 - 位移特性和过载保护。

近年来，机构科学领域出现了各种不同结构和设计原理的CFM。根据所使用元件的特性，CFM可分为柔顺型和刚性型。柔顺型CFM通过柔性梁的变形产生恒力，具有小型化、易于制造和组装、减少振动和噪音以及消除间隙、摩擦和润滑等优点。然而，由于梁的小挠度和应力集中，柔顺型CFM通常存在力和位移的限制。

为了克服柔顺型CFM的缺点，刚性型CFM采用弹性元件（如弹簧）和刚性机构，可以在较宽的位移范围内产生较大的力。例如，Jenuwine和Midha提出了一种具有两个正交线性弹簧的多环平面机构，Li和Cheng展示了一种使用凸轮和多个滑块 - 弹簧对的大位移CFM。但这些CFM产生的恒力无法改变，这可能会降低其适应性和功能性，从而限制其应用。

传统上，CFM的恒力水平可以通过改变弹簧预紧力或弹簧数量来调节。但改变弹簧预紧力需要消耗能量，尤其是当弹簧刚度系数较高时；而改变弹簧数量虽然相对简单，但无法实现恒力的连续性，并且需要较大的空间来容纳多个弹簧，限制了其实际应用。

新型可调恒力机构（ACFM）的设计

本文提出了一