一種可控的變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種可控的變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器。本實(shí)用新型包括動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，所述的剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括兩臺(tái)帶閉環(huán)控制器的電機(jī)、兩根與電機(jī)相連的絲杠、兩塊螺母滑塊和兩片彈性簧片；每臺(tái)電機(jī)的輸出軸連接一根絲杠；絲杠與螺母滑塊的螺母端螺旋連接，螺母滑塊的滑塊端插入彈性簧片內(nèi)，與彈性簧片滑動(dòng)配合，彈性簧片一端固定連接在動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)上，與動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)固定連接成一體，剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的外殼與動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)盤固定安裝。本實(shí)用新型具有很好抗沖擊能力和柔性動(dòng)力特性，為機(jī)器人應(yīng)用于復(fù)雜路況的運(yùn)動(dòng)建立了良好的基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】一種可控的變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于服務(wù)機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種可控的變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械、電子、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、傳感器及仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是各領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的綜合。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域里被解放出來(lái)，進(jìn)入了其他非工業(yè)領(lǐng)域。目前，機(jī)器人領(lǐng)域大多采用大力矩，高剛度的伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器。由于服務(wù)機(jī)器人與人的交互頗為頻繁，人類工作環(huán)境復(fù)雜多變，這對(duì)機(jī)器人提出了嚴(yán)苛的要求。工作中，在機(jī)械手接觸對(duì)象過(guò)程中應(yīng)具有一定的位移容讓性，以保證對(duì)象的安全，在接觸對(duì)象后，應(yīng)具有足夠的剛度，以保證操作精確可靠。
[0003]目前研究比較多的模型是在動(dòng)力輸出與負(fù)載之間串聯(lián)彈性模塊，屬于被動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器。從仿生學(xué)來(lái)說(shuō)，人的動(dòng)力是通過(guò)骨骼肌肉系統(tǒng)提供的，肌肉組織不但具有粘滯阻尼特性，還具有可變的剛度。因此，為了更好地模仿人類的運(yùn)動(dòng)以達(dá)到更高的安全性，更好的環(huán)境適應(yīng)性以及更高的能量利用率的要求，本實(shí)用新型的產(chǎn)品可以改變服務(wù)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器高剛度的特性，加入類彈簧結(jié)構(gòu)，使驅(qū)動(dòng)器具有一定的柔順性，使能更好的運(yùn)用于服務(wù)機(jī)器人。
[0004]中國(guó)專利CN102189556A，帶緩沖彈簧和柔性軸套的氣動(dòng)肌肉柔順肘關(guān)節(jié)裝置，它主要由前連桿、后連桿、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、關(guān)節(jié)軸承、柔性軸套、氣動(dòng)肌肉、緩沖機(jī)構(gòu)、偏置彈簧。該實(shí)用新型利用氣動(dòng)肌肉實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的柔順特性，同時(shí)在關(guān)節(jié)中加入緩沖彈簧和柔性軸套，能有效緩解沖擊并可擴(kuò)展轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)自由度。提高了關(guān)節(jié)的抗沖擊能力和工作性能。但同樣由于氣動(dòng)肌肉本身的一些局限性，導(dǎo)致其不能滿足日益提高的對(duì)機(jī)器人的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可控的變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器。
[0006]本實(shí)用新型技術(shù)方案如下:
[0007]本實(shí)用新型包括動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，所述的動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)包括諧波減速電機(jī)，諧波減速電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤將動(dòng)力傳至剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)具有閉環(huán)控制器的控制電機(jī)調(diào)節(jié)剛度后將動(dòng)力傳至動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)。
[0008]所述的剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括兩臺(tái)帶閉環(huán)控制器的電機(jī)、兩根與電機(jī)相連的絲杠、兩塊螺母滑塊和兩片彈性簧片；每臺(tái)電機(jī)的輸出軸連接一根絲杠；絲杠與螺母滑塊的螺母端螺旋連接，螺母滑塊的滑塊端插入彈性簧片內(nèi)，與彈性簧片滑動(dòng)配合，彈性簧片一端固定連接在動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)上，與動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)固定連接成一體，剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的外殼與動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)盤固定安裝。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0010]本實(shí)用新型由于在動(dòng)力輸入和輸出之間串聯(lián)了作為彈性元件的簧片，動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)通過(guò)具有彈性特征的簧片把動(dòng)力傳輸給輸出機(jī)構(gòu)，由輸出機(jī)構(gòu)再把動(dòng)力輸送給需要?jiǎng)恿Φ牟考?，因此本?shí)用新型具有很好抗沖擊能力和柔性動(dòng)力特性，為機(jī)器人應(yīng)用于復(fù)雜路況的運(yùn)動(dòng)建立了良好的基礎(chǔ)。
[0011]本實(shí)用新型由于設(shè)置了兩對(duì)帶有閉環(huán)控制器的控制電機(jī)，控制器通過(guò)控制電機(jī)使得螺母滑塊在絲杠上運(yùn)動(dòng)到不同位置，進(jìn)而改變具有彈性特征的簧片的有效工作長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型柔性可控的目的。
[0012]本實(shí)用新型的控制器根據(jù)位移傳感器測(cè)量得到的當(dāng)前螺母滑塊的位置，以此來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母滑塊到達(dá)所要求的位置，從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型采用閉環(huán)控制螺母滑塊位置的目的，使本實(shí)用新型的柔性控制更準(zhǔn)確可靠。本實(shí)用新型可以廣泛用于機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型關(guān)鍵部位不意圖；
[0015]圖3為本實(shí)用新型局部剖視圖；
[0016]圖4(a)為剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)連接端的示意圖；
[0017]圖4(b)為剛度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)連接端的示意圖
[0018]其中，1、彈性簧片；2、動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)；3、絲杠；4、螺母滑塊；5、諧波減速電機(jī)動(dòng)力；
6、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤；7、螺釘；8、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；9、帶有閉環(huán)控制器的控制；10、電機(jī)外殼。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型包括一個(gè)動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)諧波減速電機(jī)5，一個(gè)剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8，一個(gè)動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)2。選用諧波減速電機(jī)目的在于提供較大的傳動(dòng)精度與扭矩的同時(shí)，具有體積小，重量輕的特點(diǎn)。由于本實(shí)用新型主要運(yùn)用于機(jī)器人足部，工業(yè)機(jī)械手，智能假肢等機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中。
[0021]如圖1所示，動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)諧波減速電機(jī)5通過(guò)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6將動(dòng)力傳至剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8，剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8通過(guò)具有閉環(huán)控制器的控制電機(jī)9調(diào)節(jié)剛度后將動(dòng)力傳至動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)2。
[0022]如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型的剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8包括兩臺(tái)帶閉環(huán)控制器的控制電機(jī)9、兩根與電機(jī)相連的絲杠3、兩塊螺母滑塊4，兩片彈性簧片I?？刂齐姍C(jī)9的輸出軸連接一根絲杠3 ;絲杠3分別與螺母滑塊4螺旋連接，螺母滑塊4滑動(dòng)端插入彈性簧片I內(nèi)，彈性簧片I固定連接在動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)2上。剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8的外殼10通過(guò)螺釘7與動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)盤6安裝固定，動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)2通過(guò)彈性簧片I與剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中螺母滑塊柔性連接。
[0023]如圖4(a)所示，剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的外殼10上有6個(gè)螺紋孔通過(guò)螺釘7和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6與諧波減速電機(jī)5進(jìn)行安裝配合。
[0024]如圖4 (b)所示，本實(shí)用新型可以調(diào)節(jié)輸出柔性的大小，工作時(shí)，控制電機(jī)9根據(jù)測(cè)量得到的當(dāng)前螺母滑塊4的位置，通過(guò)計(jì)算得到螺母滑塊4應(yīng)該調(diào)節(jié)的高度值，并將控制指令并反饋給電機(jī)9，電機(jī)9啟動(dòng)通過(guò)絲杠3帶動(dòng)兩螺母滑塊沿著簧片或上或下滑動(dòng)，以改變簧片I的有效工作長(zhǎng)度(兩螺母滑塊4位于絲杠3最下方時(shí)柔性最大)，從而使得柔性控制更準(zhǔn)確可靠。
[0025]若諧波減速電機(jī)5工作時(shí)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的外殼10轉(zhuǎn)動(dòng)。外殼10發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，擠壓彈性簧片I發(fā)生形變，彈性簧片I的形變驅(qū)使動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)2開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸出動(dòng)力。
[0026]若諧波減速電機(jī)5不工作，動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)2受到意外沖擊力時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，柔性部件彈性簧片I收到擠壓，發(fā)生變形，但驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6不轉(zhuǎn)動(dòng)，保護(hù)了諧波減速電機(jī)5不被損壞。
[0027]根據(jù)機(jī)器人不同關(guān)節(jié)對(duì)柔順性的需求不同，可以改變剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8中柔性部件彈性簧片I的剛度和厚度、電機(jī)9的靈敏度和滑塊4的位置高低來(lái)得到恰當(dāng)?shù)娜犴樚匦浴?br> [0028]當(dāng)機(jī)器人同一個(gè)關(guān)節(jié)在不同時(shí)間對(duì)柔順性的需求不同的時(shí)候，亦可以通過(guò)啟動(dòng)電機(jī)9，帶動(dòng)滑塊4上下移動(dòng)，進(jìn)而方便的改變剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8中柔性部件彈性簧片I的有效長(zhǎng)度、剛度，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的變剛度驅(qū)動(dòng)和輸出負(fù)載曲線的柔順特性。
[0029]以上通過(guò)參考在附圖中表示的示例性實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做了特別的展示和說(shuō)明，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)該明白，在不背離本實(shí)用新型的思想和范圍下做出在形式上和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變，都將是對(duì)本實(shí)用新型專利的侵犯。因此本實(shí)用新型要保護(hù)的真正思想和范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種可控的變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器，包括動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，所述的動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)包括諧波減速電機(jī)，諧波減速電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤將動(dòng)力傳至剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)具有閉環(huán)控制器的控制電機(jī)調(diào)節(jié)剛度后將動(dòng)力傳至動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述的剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括兩臺(tái)帶閉環(huán)控制器的電機(jī)、兩根與電機(jī)相連的絲杠、兩塊螺母滑塊和兩片彈性簧片；每臺(tái)電機(jī)的輸出軸連接一根絲杠；絲杠與螺母滑塊的螺母端螺旋連接，螺母滑塊的滑塊端插入彈性簧片內(nèi)，與彈性簧片滑動(dòng)配合，彈性簧片一端固定連接在動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)上，與動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)固定連接成一體，剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的外殼與動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)盤固定安裝。
【文檔編號(hào)】B25J17/02GK203831416SQ201420245082
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】周建軍, 方珂匯, 葛天旻, 王瑤煒, 陳耀 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)