一种直线变刚度关节

1.本发明涉及一种关节部件，具体涉及一种直线变刚度关节。


背景技术：

2.在骨折医疗固定过程中，通常需要在患者体外设置外固定支架或固定装置以避免二次伤害，更好地有利于骨折处的正常愈合。在早期医疗技术不够发达时，通常是采用夹板捆绑或灌注石膏模板等方式对骨折处进行固定，这种固定方式过于死板，不利于骨折处后期的生长康复。
3.在国外专利us6030386、us8439914和wo2011163406等专利以及我国的cn201810623485.8专利中，均提出了一类六轴并联的骨外固定装置，这类装置由六条拓扑结构完全相同的支链（支撑臂）和两个固定环组成。医生使用金属骨针（克氏针）将两个固定环分别与患者骨折两端的骨块固定连接；六条支链通过两端的铰链与两个固定环相连接。按规律调节六条支链的长度，可生成两个固定环的六自由度相对运动，可以精确地矫正骨折的空间畸形、实现骨折复位；骨折复位后，保持支链的长度，六轴并联骨外固定装置维持骨折断端的相对稳定。故这类六轴并联骨外固定装置兼具复位和固定骨折断端的功能，具有广阔的应用前景。
4.但这种现有的六轴并联骨外固定装置，对支链的调节方式仍然是刚性调节，即调节前后支链均是处于刚性不变状态。但实际上骨折愈合过程中前期阶段和后期阶段的骨生长情况、骨质密度等会发生变化，由此导致的对固定支撑的刚性和柔度会产生不同的需求。故现有的这类六轴并联骨外固定装置，仍然不能更好地满足骨折处生长愈合的需求，不利于骨折处的康复。需要考虑设计一种轴向刚度可调的关节构件，以更好地辅助骨折的愈合。
5.另外，目前变刚度装置已广泛应用到各个领域，并且不同领域对变刚度装置的需求各不相同。例如，在车辆领域，需要通过调节汽车悬架的刚度变化可以使汽车具有更好的环境适应性和乘坐舒适性；在机器人领域，需要机械臂具有较大的刚度来保证位置精度，同时还需要具有一定的柔顺性来保证交互的安全性，以及需要根据负载的质量来不断改变刚度；在航空航天领域，高精度高稳定性的遥感卫星需要采用变刚度装置对卫星上的动量轮、cmg(control moment gyro，控制力矩陀螺)、制冷机等活动部件引起的在轨振动进行抑制，并且变刚度装置的刚度变化范围越大，对振动的抑制效果越好，越有利于实现系统的高精高稳指标。另外，变刚度装置及其被隔振的设备在经历主动段发射环境时，由于动态响应在共振频率处会被放大，变刚度装置的刚度越高对共振放大影响越小，从而越有利于保障变刚度装置及其被隔振的设备的性能与安全。
6.因此变刚度装置的用途需求越来越广泛。然而，已有的变刚度装置的刚度变化较小，结构复杂，驱动装置较大，不易于集成到机器人内部或者用于仪器的隔振装置中，难以更好地满足上述应用的需求。


技术实现要素：

7.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种调节方便，可调节范围大，稳定性好，安全性好的直线变刚度关节。
8.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种直线变刚度关节，包括同轴相对设置的第一连接盘和第二连接盘，其特征在于，第一连接盘正对第二连接盘的一端沿轴向设置有一个连接轴，连接轴外端沿周向均匀分布设置有若干螺旋形的抵接弹簧，抵接弹簧沿直径方向设置且内端抵接在连接轴上，外端通过施力调节机构和第二连接盘相连。
9.这样，该变刚度关节使用时，可以是第一连接盘和第二连接盘各安装在支撑臂的一部分上，使得支撑臂的两个部分靠第一连接盘和第二连接盘连接为一个整体，使用时依靠施力调节机构对抵接弹簧施力，调节抵接弹簧对连接轴的抵接力大小，进而能够实现对支撑臂轴向刚度的调节。这样具有结构简单稳定性好的特点。
10.进一步地，第一连接盘轴心位置通过一个连接轴固定螺栓和连接轴固定连接安装。
11.这样，方便结构的设置和构件的安装拆卸。
12.进一步地，连接轴正对抵接弹簧位置的外周面具有向外的安装凸起，安装凸起外端对应设置有弹簧安装槽，抵接弹簧的内端抵接在弹簧安装槽的内端。
13.这样，更好地保证弹簧安装的稳定性和可靠性，保证弹簧的施力方向为正对轴心线施力，保证刚度调节的稳定性和可靠性。
14.进一步地，所述施力调节机构包括一个螺母套，螺母套内圈的两端各设置有一段对称的内螺纹并分别配合在一个周向间隔设置的调节环上，调节环外表面具有外螺纹和螺母的内螺纹配合，第二连接盘上还设置有用于防止调节环转动的调节环止转结构，所述施力调节机构还包括设置在抵接弹簧外端的弹簧座，弹簧座外端的上下两侧各自可滑动地抵接有一块斜向设置的调节挡板，两块调节挡板外端相互靠拢且内端张开呈横向的八字形，两块调节挡板各自的内端和上下两端对应的调节环可转动连接，调节挡板外端和一个相对固定在第二连接盘上的保持架可转动连接。
15.这样，使用时，只需转动螺母套，带动两个调节环同向或者反向直线运动，进而带动调节挡板的内端沿关节的轴向移动，改变调节挡板的倾斜角度，进而挤压或者放松抵接弹簧，使得抵接弹簧对连接轴的径向压力增大或者减小，实现对连接轴轴向可移动性能的调节，即实现对关节轴向刚度的调节。采用这种方式通过丝杠螺母传动再结合斜板挤压配合传动实现对弹簧压紧力的调整并进而实现对轴向刚度的调节，具有以下优点。首先整体结构紧凑，力的传动稳定可靠，施力是由周向的旋转运动经过多次力的传递和转换，才转化为沿径向的运动施力，使得装置自锁性好，不会轻易失稳。其次经多次力的传递和转换（尤其是斜板的斜面配合转换传递施力方向）使得调节的传动比非常大，可以靠较小的输入获得较大的刚度调节效果，使得轴向刚度的可调节范围会非常大。另外，还可以通过预先调节设置调节挡板的初始倾斜角度，很方便地即可实现对调节精度要求转换的控制调整，调节挡板的倾斜角度越小时可用更小的调节距离实现更大的刚度变化调节。最后很重要的一点是本结构中是依靠弹簧对连接轴的径向压紧实现的轴向刚度调节，故调节过程中当连接盘轴向承力产生变化时也基本不会影响到弹簧的径向压紧力的大小变化，故能够具有很好的
稳定性和可靠性。故该施力调节机构能够调节实现大范围的连续可控的刚度变化，以较小的能量损耗实现大范围的刚度调节，且极其稳定可靠。
16.进一步地，所述弹簧座的外端沿关节轴向设置有滚轮，滚轮的轴心线方向和抵接弹簧轴心线方向垂直，滚轮的周向外侧和调节挡板抵接配合设置。
17.这样，靠滚轮滚动配合可以更好地实现斜向的调节挡板到抵接弹簧之间的力的传递，保证更好地可靠性。
18.进一步地，弹簧座外端中部位置正对弹簧设置有一个螺纹调节孔，螺纹调节孔内安装有一个调节螺栓，调节螺栓前端和抵接弹簧端部抵接。
19.这样，在需要时可以方便通过调节螺栓改变调节弹簧的预紧力的大小。
20.进一步地，所述弹簧座的内端向前延伸形成有一个承力套，抵接弹簧外端位于承力套内，所述承力套具有一段可滑动地插接在连接轴上的弹簧安装槽内的配合段。
21.这样，该结构中承力套前段配合段插接在弹簧安装槽内，配合段外壁和弹簧安装槽内壁之间形成一个较小的间隙，能够产生一个非常重要的效果。即如果因为意外（例如摔倒或碰撞）导致第一连接盘和第二连接盘之间突然产生一个较大的轴向力时，此时第一连接盘和第二连接盘产生较大的轴向运动，会使得弹簧安装槽可以直接通过和承力套配合段的配合带动弹簧座整体做同向运动，进而使得弹簧座外端和对应侧的调节挡板压紧，该侧的调节挡板能够将弹簧座向内压缩，进而使得弹簧挤压连接轴将其夹紧，对应地提高轴向刚度，使其能够承受或者抵消部分因意外产生的轴向力。实现了装置的自适应性紧急保护效果，降低或避免了因为意外导致的安全风险。进一步地，螺母套和调节环之间的螺纹为自锁螺纹。更好地保障了上述自适应性紧急保护效果的实现。
22.进一步地，所述保持架整体呈筒状并同轴间隔设置在螺母套内侧，保持架中部开设调节挡板安装窗口，所述调节挡板的外端可转动地安装在调节挡板安装窗口上；保持架外周面的两端具有一圈向内凹的限位凹槽，所述螺母套的内腔两端各自向内固定有一个螺纹环，螺母套两端的内螺纹设置在螺纹环的内圈表面上，螺纹环可转动地卡接限位在限位凹槽内，所述保持架的限位凹槽内还开设有多个让位窗口，所述调节环外表面均匀分布有多个向外的安装凸起，调节环上的外螺纹设置在安装凸起的外端表面，所述安装凸起穿过让位窗口并和螺纹环外端螺纹配合，安装凸起的两侧和让位窗口的两侧相贴形成所述调节环止转结构。
23.这样，整个结构巧妙、紧凑、稳定和可靠，避免了运动的相互干涉并保证了运动和力传递的稳定性。
24.作为一种选择，螺母套外表面均匀分布设置有沿轴向的竖槽和转动刻度。这样方便手动施力旋转螺母套进行刚度调节。
25.作为另一种选择，所述第二连接盘上还安装有一个螺母调节电机，螺母调节电机和螺母套传动连接。
26.这样，方便通过控制螺母调节电机实现对刚度的电动控制调节。实施时，螺母调节电机和计算机相连，即可根据预设程序和指令实现自动控制。
27.综上所述，本发明的关节具有调节方便，可调节范围大，稳定性好，安全性好等优点。
附图说明
28.图1为实施例中采用了本发明结构的一种骨外固定辅助保持系统的结构示意图。
29.图2为图1在使用状态下的结构示意图。
30.图3为图1中单独支撑臂的结构示意图。
31.图4为图3的剖视图。
32.图5为图3中单独变刚度关节的结构示意图。
33.图6为图5的的剖视图。
34.图7为图5中去掉螺母套后的示意图。
35.图8为图5中去掉保持架和第一连接盘上半部以及第二连接盘后的结构示意图。
36.图9为图8的立体结构示意图。
37.图10为图8中单独连接轴和弹簧座的结构示意图。
38.图11为图10的剖视图。
具体实施方式
39.下面结合一种采用了本发明结构的骨外固定辅助保持系统对本发明做进一步说明，该骨外固定辅助保持系统属于医疗器械领域，但本发明具体应用不限于该领域。
40.具体实施时，参见图1-图11：一种采用了本发明结构的骨外固定辅助保持系统，（参见图1-4）包括两个相对设置的固定环4，固定环4上设置有若干安装孔构成骨针安装结构，两个固定环之间还铰接设置有多个支撑臂2，其中，各支撑臂2上还安装有能够调节支撑臂轴向刚度的变刚度关节5。
41.这样，本方案的装置使用时，参见图2，将两个固定环分别固定在人体骨折位置1的两端，将骨针（克氏针）的针座通过骨针安装结构固定到固定环上，然后两个固定环分别通过骨针和患者骨折两端的骨块固定连接，即可依靠支撑臂实现对骨折位置两端的固定支撑，避免愈合过程中的二次伤害。本方案，在支撑臂上还安装有能够调节支撑臂轴向刚度的变刚度关节，故使用过程中，可以在骨折处愈合的不同阶段调节支撑臂为不同的轴向刚度，可以使得在前期调节保持刚度较大，使得骨折两端保持固定快速生长；而后期可以调节降低刚度，增加柔度，使得康复训练时支架不会吸收全部能量而造成应力遮挡，使得生长出的新骨能够有较大的活动空间，以更好地促进骨头愈合，更有利于其健康成长。故本方案能够更好地满足骨折处生长愈合不同时期的要求，更加利于骨折处康复生长。其中，固定环上设置有若干安装孔构成骨针安装结构。这样骨针外端可以固定到一个骨针安装座上，骨针安装座可以靠螺栓穿过安装孔固定在固定环上，结构简单，安装方便且可以方便调整骨折的安装位置。
42.其中，所述支撑臂2上还设置有轴向长度调节结构。
43.这样，可以在设备使用固定过程中以及骨折处康复过程中根据需要调节各支撑臂的长度，使其更好地保持骨折两端处于正确的姿态位置。
44.其中，所述支撑臂2为6个，支撑臂斜向交错分布使得每相邻两个支撑臂的一端相靠拢另一端分开呈v形或倒v形布置，每两个支撑臂在固定环上连接的位置沿周向均匀分布。
45.这样，6个支撑臂构成的6条支链，可以和两个固定环一起共同构成具有三个转动
自由度和三个平动自由度的空间并联外固定支架，这样就可以方便通过对各支撑臂的轴向长度调节实现三个转动自由度和三个移动自由度，进而实现对固定环任意位置的空间角度调节。实施时，空间角度调节过程可通过计算机辅助计算，具体为现有技术，不在此详述。
46.其中，所述固定环4整体呈圆环形并在周边均匀分布有三处外凸的连接部6，每相邻两组支撑臂2的端部连接在连接部6上，两个固定环4的连接部6错位60度设置。
47.这样使得支撑臂的连接安装不会影响骨针安装的区域和结构。
48.其中，支撑臂2的两端分别通过一个虎克铰3和固定环铰接。
49.这样虎克铰能够实现两个方向的铰接转动，方便调节可靠。
50.其中，所述轴向长度调节结构包括沿轴向对接构成支撑臂主体的两个半体，一个半体为施力端半体7，另一个半体为受力端半体8，施力端半体7的端部轴心处沿轴向向外延伸设置有一个丝杠9，丝杠9后端可转动地安装在施力端半体7上并和施力端半体上的轴向调节电机10相连，丝杠9前端旋接配合穿过固定在受力端半体端部的一个调节螺母11后位于受力端半体8内的一个丝杠保持腔12内。
51.这样，可以通过轴向调节电机带动丝杠转动，由于调节螺母和丝杠的螺纹配合，同时调节螺母固定在受力端半体上由端部的虎克铰限制不能周向转动，故能够形成丝杠螺母传动副，带动受力端半体实现轴向伸缩调节。具有结构简单，调节稳定可靠的特点。
52.其中，所述丝杠保持腔12具有一段内腔和丝杠9外周相贴设置。
53.这样，可以更好地保持丝杠的周向限位，避免晃动而影响骨折固定效果；更好地保证压力传感器的检测数值稳定可靠。
54.其中，所述丝杠保持腔12外端还具有一个位于丝杠外周的预紧腔室，预紧腔室外壳13和调节螺母刚性连接，预紧腔室内具有一个活动套设在丝杠上的螺旋状的预紧弹簧14，预紧弹簧14一端和丝杠周向外凸的一个凸台抵接，另一端和预紧腔室内腔的一端抵接。
55.这样，可以使得丝杠和螺母之间被预紧弹簧施加一个轴向的预紧力，避免螺纹间隙而导致在轴向上的晃动而影响骨折固定效果；同时更好地保证压力传感器的检测数值稳定可靠。
56.其中，丝杠上的凸台，由一个位于预紧腔室内并螺纹旋接在丝杠上的预紧螺母15形成。
57.这样不仅仅方便凸台的设置和安装，还可以进一步通过调整预紧螺母在丝杠上的位置，改变预紧力的大小，使其起到较好的预紧效果又不影响丝杠螺母自身的传动。
58.其中，预紧腔室外壳13为一个安装固定在受力端半体上的筒状构件得到，该筒状构件的外端固定所述调节螺母。
59.这样更加方便结构的安装设置。
60.其中，支撑臂2上还安装有一个检测其轴向力的压力传感器16。
61.这样，方便检测支撑臂的轴向受力情况，作为调节反馈控制的信息依据。
62.其中，压力传感器16安装在受力端半体端部和对应的虎克铰之间。使其方便安装。
63.其中，还包括一个计算机（计算机结构图中未显示），计算机一端和压力传感器相连，另一端和轴向调节电机相连。这样，采用计算机系统进行辅助计算控制，极大地降低了人工操控的计算难度，提高了设备使用的便捷性。
64.其中，计算机内设置有依次相连的一个骨折图形模拟模块，一个控制中心和一个
调节输出控制模块，所述控制中心包括一个调节参数计算模块；计算机还具有一个分别和所述骨折图形模拟模块、调节参数计算模块以及调节输出控制模块相连的人机操作图形界面；所述骨折图形模拟模块能够通过导入的骨折部分的多角度x光片，计算并模拟出骨折部分骨质结构图形（计算模拟方式为现有技术不在此详述），获得骨头畸形参数；所述调节参数计算模块能够根据获得的骨折部分结构图形和骨头畸形参数（包括骨头骨折部分的变形量），再结合资料数据和/或人工判断计算得到设备安装姿态图形情况；调节参数计算模块还能够根据骨折部分结构图形和骨头畸形参数结合设备安装后压力传感器检测反馈信号得到需调节参数情况；所述调节输出控制模块用于将需调节参数情况转化为输出控制信号并发送至轴向调节电机；所述人机操作图形界面用于用于输入操作指令并对获得的图形和输出的指令进行显示。这样，方便通过计算机辅助实现自动检测计算和调节计算，更好地辅助实现设备的固定矫形操作。在装置使用过程中，计算机可实时检测压力传感器数据反馈判断是否需要对支撑臂轴向长度进行调节，以保证骨折处的愈合效果。
65.其中，计算机的控制中心还包括一个支撑臂刚度定时调节模块，所述支撑臂刚度定时调节模块分别和压力传感器、人机操作图形界面以及调节输出控制模块相连，调节输出控制模块和变刚度关节相连，所述支撑臂刚度定时调节模块能够通过人机操作图形界面输入的（时间和刚度）调节参数指令和压力传感器检测的信号，生成变刚度关节调节信号，并通过调节输出控制模块将信号输出至变刚度关节实现控制调节。这样，可以更好地利用计算机系统实现对设备中支撑臂刚度调节操作的辅助计算控制。其中变刚度关节具体的刚性和柔性的数值范围，可以通过计算以及试验以及医生经验得到。
66.这样，可以更好地实现对支撑臂刚度的调节，以更好地避免骨折处在康复过程中的二次伤害，更加有利于骨折处的恢复。
67.本实施方式中，参见图5-11，所述变刚度关节5包括同轴相对设置的第一连接盘21和第二连接盘22，第一连接盘21正对第二连接盘的一端沿轴向设置有一个连接轴23，连接轴23外端沿周向均匀分布设置有若干螺旋形的抵接弹簧24，抵接弹簧24沿直径方向设置且内端抵接在连接轴23上，外端通过施力调节机构和第二连接盘22相连。
68.这样，该变刚度关节中第一连接盘和第二连接盘各安装在支撑臂的一部分上，使得支撑臂的两个部分靠第一连接盘和第二连接盘连接为一个整体，使用时依靠施力调节机构对抵接弹簧施力，调节抵接弹簧对连接轴的抵接力大小，进而能够实现对轴向刚度的调节。这样无需长期保持电力供应，结构简单且成本低廉。
69.其中，连接轴23正对抵接弹簧24位置的外周面具有向外的安装凸起25，安装凸起25外端对应设置有弹簧安装槽，抵接弹簧的内端抵接在弹簧安装槽的内端。
70.这样，更好地保证弹簧安装的稳定性和可靠性，保证弹簧的施力方向为正对轴心线施力，保证刚度调节的稳定性和可靠性。
71.其中，第一连接盘21轴心位置通过一个连接轴固定螺栓和连接轴23固定连接安装。
72.这样，方便结构的设置和构件的安装拆卸。
73.其中，所述施力调节机构包括一个螺母套26，螺母套26内圈的两端各设置有一段对称的内螺纹并分别配合在一个周向间隔设置的调节环27上，调节环27外表面具有外螺纹和螺母的内螺纹配合，第二连接盘22上还设置有用于防止调节环转动的调节环止转结构，
所述施力调节机构还包括设置在抵接弹簧外端的弹簧座28，弹簧座28外端的上下两侧各自可滑动地抵接有一块斜向设置的调节挡板29，两块调节挡板29外端相互靠拢且内端张开呈横向的八字形，两块调节挡板29各自的内端和上下两端对应的调节环27可转动连接，调节挡板29外端和一个相对固定在第二连接盘上的保持架30可转动连接。
74.这样，使用时，只需转动螺母套，带动两个调节环同向或者反向直线运动，进而带动调节挡板的内端沿关节的轴向移动，改变调节挡板的倾斜角度，进而挤压或者放松抵接弹簧，使得抵接弹簧对连接轴的径向压力增大或者减小，实现对连接轴轴向可移动性能的调节，即实现对关节轴向刚度的调节。采用这种方式通过丝杠螺母传动再结合斜板挤压配合传动实现对弹簧压紧力的调整并进而实现对轴向刚度的调节，具有以下优点。首先整体结构紧凑，力的传动稳定可靠，施力是由周向的旋转运动经过多次力的传递和转换，才转化为沿径向的运动施力，使得装置自锁性好，不会轻易失稳。其次经多次力的传递和转换（尤其是斜板的斜面配合转换传递施力方向）使得调节的传动比非常大，可以靠较小的输入获得较大的刚度调节效果，使得轴向刚度的可调节范围会非常大。另外，还可以通过预先调节设置调节挡板的初始倾斜角度，很方便地即可实现对调节精度要求转换的控制调整，调节挡板的倾斜角度越小时可用更小的调节距离实现更大的刚度变化调节。最后很重要的一点是本结构中是依靠弹簧对连接轴的径向压紧实现的轴向刚度调节，故调节过程中当连接盘轴向承力产生变化时也基本不会影响到弹簧的径向压紧力的大小变化，故能够具有很好的稳定性和可靠性。故该施力调节机构能够调节实现大范围的连续可控的刚度变化，以较小的能量损耗实现大范围的刚度调节，且极其稳定可靠。
75.其中，所述弹簧座28的外端沿关节轴向设置有滚轮31，滚轮31的轴心线方向和抵接弹簧轴心线方向垂直，滚轮的周向外侧和调节挡板29抵接配合设置。
76.这样，靠滚轮滚动配合可以更好地实现斜向的调节挡板到抵接弹簧之间的力的传递，保证更好地可靠性。
77.其中，弹簧座28外端中部位置正对弹簧设置有一个螺纹调节孔，螺纹调节孔内安装有一个调节螺栓32，调节螺栓32前端和抵接弹簧端部抵接。
78.这样，在需要时可以方便通过调节螺栓改变调节弹簧的预紧力的大小。
79.其中，所述弹簧座28的内端向前延伸形成有一个承力套33，抵接弹簧24外端位于承力套33内，所述承力套33具有一段可滑动地插接在连接轴上的弹簧安装槽内的配合段。
80.这样，该结构中承力套前段配合段插接在弹簧安装槽内，配合段外壁和弹簧安装槽内壁之间形成一个较小的间隙，能够产生一个非常重要的效果。即如果因为意外（例如摔倒或碰撞）导致第一连接盘和第二连接盘之间突然产生一个较大的轴向力时，此时第一连接盘和第二连接盘产生较大的轴向运动，会使得弹簧安装槽可以直接通过和承力套配合段的配合带动弹簧座整体做同向运动，进而使得弹簧座外端和对应侧的调节挡板压紧，该侧的调节挡板能够将弹簧座向内压缩，进而使得弹簧挤压连接轴将其夹紧，对应地提高轴向刚度，使其能够承受或者抵消部分因意外产生的轴向力。实现了装置的自适应性紧急保护效果，降低或避免了因为意外导致的安全风险。其中，螺母套和调节环之间的螺纹为自锁螺纹。更好地保障了上述自适应性紧急保护效果的实现。
81.其中，所述保持架30整体呈筒状并同轴间隔设置在螺母套26内侧，保持架30中部开设调节挡板安装窗口35，所述调节挡板29的外端可转动地安装在调节挡板安装窗口35
上；保持架30外周面的两端具有一圈向内凹的限位凹槽，所述螺母套26的内腔两端各自向内固定有一个螺纹环36，螺母套两端的内螺纹设置在螺纹环36的内圈表面上，螺纹环36可转动地卡接限位在限位凹槽内，所述保持架的限位凹槽内还开设有多个让位窗口37，所述调节环27外表面均匀分布有多个向外的安装凸起38，调节环27上的外螺纹设置在安装凸起38的外端表面，所述安装凸起38穿过让位窗口37并和螺纹环36外端螺纹配合，安装凸起38的两侧和让位窗口37的两侧相贴形成所述调节环止转结构。
82.这样，整个结构巧妙、紧凑、稳定和可靠，避免了运动的相互干涉并保证了运动和力传递的稳定性。
83.作为一种选择，螺母套26外表面均匀分布设置有沿轴向的竖槽和转动刻度。这样方便手动施力旋转螺母套进行刚度调节。
84.作为另一种选择，所述第二连接盘上还安装有一个螺母调节电机，螺母调节电机和螺母套传动连接（图中未显示）。
85.这样，方便通过控制螺母调节电机实现对刚度的电动控制调节。实施时，螺母调节电机和计算机相连，即可根据预设程序和指令实现自动控制。
86.实施时，变刚度关节还可以是另外的一种采用磁流变液技术实现的结构，所述变刚度关节包括第一筒体和第二筒体，第一筒体的开口端可抽拉地插接设置在第二筒体的开口端内并配合形成一个封闭腔室（第一套筒和第二套筒的另一端各安装在支撑臂的一部分上，使得支撑臂的两个部分靠第一筒体和第二套筒连接为一个整体），第一筒体外侧壁和第二筒体内侧壁贴合设置并在二者之间设置有动密封结构，第一筒体开口端前半部沿轴向开设有让位槽，让位槽位于封闭腔室内，封闭腔室内还沿径向设置有多个沿轴向间隔排布的隔板，部分隔板固定设置在第一筒体内侧壁上，另一部分隔板穿过让位槽固定在第二筒体的内侧壁上，固定于第一筒体的隔板和固定于第二筒体的隔板交错且间隔布置，封闭腔室内还填充设置有磁流变液，在第一筒体和第二筒体内部靠近封闭腔室位置还设置有磁场发生控制装置。
87.这样，本结构的变刚度关节使用时，磁场发生控制装置和计算机相连，计算机可以根据预设程序以及指令，通过控制磁场发生控制装置控制调节磁场的大小，改变磁流变液的粘性和硬度。进而使得第一筒体和第二套筒之间轴向的刚度得到调节控制。本方案的变刚度关节存在结构简单，控制调节方便的优点，但缺陷是需要长期保持磁场发生控制装置控制磁场处于一个稳定状态，耗费电力能源较大，并且容易因为电力波动等原因造成控制失稳。

技术特征：
1.一种直线变刚度关节，包括同轴相对设置的第一连接盘和第二连接盘，其特征在于，第一连接盘正对第二连接盘的一端沿轴向设置有一个连接轴，连接轴外端沿周向均匀分布设置有若干螺旋形的抵接弹簧，抵接弹簧沿直径方向设置且内端抵接在连接轴上，外端通过施力调节机构和第二连接盘相连。2.如权利要求1所述的直线变刚度关节，其特征在于，第一连接盘轴心位置通过一个连接轴固定螺栓和连接轴固定连接安装。3.如权利要求1所述的直线变刚度关节，其特征在于，连接轴正对抵接弹簧位置的外周面具有向外的安装凸起，安装凸起外端对应设置有弹簧安装槽，抵接弹簧的内端抵接在弹簧安装槽的内端。4.如权利要求3所述的直线变刚度关节，其特征在于，所述施力调节机构包括一个螺母套，螺母套内圈的两端各设置有一段对称的内螺纹并分别配合在一个周向间隔设置的调节环上，调节环外表面具有外螺纹和螺母的内螺纹配合，第二连接盘上还设置有用于防止调节环转动的调节环止转结构，所述施力调节机构还包括设置在抵接弹簧外端的弹簧座，弹簧座外端的上下两侧各自可滑动地抵接有一块斜向设置的调节挡板，两块调节挡板外端相互靠拢且内端张开呈横向的八字形，两块调节挡板各自的内端和上下两端对应的调节环可转动连接，调节挡板外端和一个相对固定在第二连接盘上的保持架可转动连接。5.如权利要求4所述的直线变刚度关节，其特征在于，所述弹簧座的外端沿关节轴向设置有滚轮，滚轮的轴心线方向和抵接弹簧轴心线方向垂直，滚轮的周向外侧和调节挡板抵接配合设置。6.如权利要求4所述的直线变刚度关节，其特征在于，弹簧座外端中部位置正对弹簧设置有一个螺纹调节孔，螺纹调节孔内安装有一个调节螺栓，调节螺栓前端和抵接弹簧端部抵接。7.如权利要求4所述的直线变刚度关节，其特征在于，所述弹簧座的内端向前延伸形成有一个承力套，抵接弹簧外端位于承力套内，所述承力套具有一段可滑动地插接在连接轴上的弹簧安装槽内的配合段。8.如权利要求4所述的直线变刚度关节，其特征在于，所述保持架整体呈筒状并同轴间隔设置在螺母套内侧，保持架中部开设调节挡板安装窗口，所述调节挡板的外端可转动地安装在调节挡板安装窗口上；保持架外周面的两端具有一圈向内凹的限位凹槽，所述螺母套的内腔两端各自向内固定有一个螺纹环，螺母套两端的内螺纹设置在螺纹环的内圈表面上，螺纹环可转动地卡接限位在限位凹槽内，所述保持架的限位凹槽内还开设有多个让位窗口，所述调节环外表面均匀分布有多个向外的安装凸起，调节环上的外螺纹设置在安装凸起的外端表面，所述安装凸起穿过让位窗口并和螺纹环外端螺纹配合，安装凸起的两侧和让位窗口的两侧相贴形成所述调节环止转结构。9.如权利要求8所述的直线变刚度关节，其特征在于，螺母套外表面均匀分布设置有沿轴向的竖槽和转动刻度。10.如权利要求8所述的直线变刚度关节，其特征在于，所述第二连接盘上还安装有一个螺母调节电机，螺母调节电机和螺母套传动连接。

技术总结
本发明公开了一种直线变刚度关节，包括同轴相对设置的第一连接盘和第二连接盘，其特征在于，第一连接盘正对第二连接盘的一端沿轴向设置有一个连接轴，连接轴外端沿周向均匀分布设置有若干螺旋形的抵接弹簧，抵接弹簧沿直径方向设置且内端抵接在连接轴上，外端通过施力调节机构和第二连接盘相连。本发明的关节具有调节方便，可调节范围大，稳定性好，安全性好等优点。优点。优点。


技术研发人员：吴小勇 王杰 李星君 周杰 武树林
受保护的技术使用者：重庆理工大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/9