一種變剛度柔性驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變剛度柔性驅(qū)動器，可用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的柔性驅(qū)動。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，通常采用大力矩、高增益反饋的伺服驅(qū)動系統(tǒng)來控制關(guān)節(jié)的運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)對預(yù)定義軌跡的精確跟蹤。這種關(guān)節(jié)的機(jī)械剛性好，可高速高精度動作，能夠在可承受負(fù)載范圍內(nèi)對外界擾動進(jìn)行有效抑制。隨著仿生機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人以及康復(fù)機(jī)器人的快速發(fā)展，迫切需要機(jī)器人關(guān)節(jié)具有一定的柔順性，以提高能量效率、改善系統(tǒng)動態(tài)特性、保證人機(jī)交互的安全性。柔性驅(qū)動器通過在傳動鏈中引入彈性元件，可將關(guān)節(jié)的剛性輸出轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝暂敵?。在機(jī)器人運(yùn)行中，彈性元件能夠進(jìn)行能量的存儲和釋放，使關(guān)節(jié)的動能與勢能互相轉(zhuǎn)化，從而降低系統(tǒng)能耗；彈性元件還可改善系統(tǒng)固有動力學(xué)特性，使機(jī)器人步態(tài)更加自然、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，提高機(jī)器人對非結(jié)構(gòu)環(huán)境的適應(yīng)能力；利用彈性元件的緩沖作用，可避免機(jī)器人與環(huán)境發(fā)生剛性碰撞，減輕零部件的機(jī)械損傷，提高對人與環(huán)境的安全性。
[0003]變剛度柔性驅(qū)動器利用特殊設(shè)計的調(diào)節(jié)機(jī)制，可根據(jù)需要實(shí)時改變關(guān)節(jié)剛度，以提高機(jī)器人對環(huán)境、任務(wù)的適應(yīng)性。根據(jù)剛度調(diào)節(jié)方式的不同，變剛度柔性驅(qū)動器可分為對抗式、變結(jié)構(gòu)式、機(jī)械調(diào)節(jié)式等。現(xiàn)有的變剛度柔性驅(qū)動器主要存在剛度調(diào)節(jié)范圍小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，從而在一定程度上限制了其應(yīng)用效果和關(guān)節(jié)的小型化設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種變剛度柔性驅(qū)動器，用于提高機(jī)器人關(guān)節(jié)能量效率、改善機(jī)器人固有動力學(xué)特性、提高機(jī)器人在運(yùn)行中對人、環(huán)境和自身的安全性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0006]該變剛度柔性驅(qū)動器由安裝在機(jī)架上的動力傳動機(jī)構(gòu)和剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成；
[0007]所述動力傳動機(jī)構(gòu)包括主電機(jī)、動力輸入軸、滑套、拉伸彈簧和動力輸出軸；主電機(jī)與動力輸入軸連接并對其進(jìn)行剛性驅(qū)動；動力輸入軸的橫截面為方形，其上滑動地設(shè)置具有環(huán)形槽的滑套；動力輸出軸通過軸承座安裝在機(jī)架上，且動力輸出軸的輸出端伸出機(jī)架；動力輸出軸與動力輸入軸同軸心并通過軸承連接，動力輸出軸的下端為圓盤，并由多個拉伸彈簧沿所述圓盤的四周將動力輸出軸與滑套連接；當(dāng)滑套轉(zhuǎn)動時，拉伸彈簧發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并帶動動力輸出軸轉(zhuǎn)動；
[0008]所述剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)電機(jī)、絲杠和撥叉；絲杠與調(diào)節(jié)電機(jī)連接，并與動力輸入軸平行；撥叉通過螺紋連接在絲杠上；撥叉具有兩個水平的伸出臂，夾插到滑套的環(huán)形槽內(nèi)；當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時，撥叉沿絲杠做軸向運(yùn)動，并帶動滑套沿動力輸入軸做軸向運(yùn)動，從而改變所述拉伸彈簧的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。
[0009]所述拉伸彈簧沿動力輸出軸的圓周均勻分布，其數(shù)量為不小于2的偶數(shù)。
[0010]所述機(jī)架上安裝電機(jī)支架，主電機(jī)和調(diào)節(jié)電機(jī)分別安裝在電機(jī)支架上，且主電機(jī)通過主電機(jī)聯(lián)軸器與動力輸入軸連接，調(diào)節(jié)電機(jī)通過調(diào)節(jié)電機(jī)聯(lián)軸器與絲杠連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
[0012](I)通過拉伸彈簧連接同軸心的動力輸入部件與動力輸出部件，其平衡位置(即無負(fù)載時輸出軸的靜止位置)可由主電機(jī)唯一確定，且能夠進(jìn)行全周向連續(xù)運(yùn)動；
[0013](2)通過絲杠、撥叉、滑套改變拉伸彈簧的預(yù)緊力，可由閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)電機(jī)準(zhǔn)確、快速地在較大范圍內(nèi)進(jìn)行剛度的連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單并具有自鎖功能，調(diào)節(jié)完成后無需持續(xù)的動力輸入。
[0014](3)能夠滿足多種機(jī)器人對變剛度柔性驅(qū)動器在結(jié)構(gòu)、功能等方面的需求，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)快速、易于控制，具有良好的抗沖擊能力和柔性動力特性，可廣泛應(yīng)用于仿生、月艮務(wù)、康復(fù)等各類機(jī)器人的研宄和應(yīng)用中，具有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1為變剛度柔性驅(qū)動器立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為變剛度柔性驅(qū)動器主體結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
[0017]圖中標(biāo)號:
[0018]1-機(jī)架；2_電機(jī)支架；3_主電機(jī)；4_主電機(jī)聯(lián)軸器；5_動力輸入軸；6-滑套；7-拉伸彈簧；8_軸承座；9_動力輸出軸；10_軸承；11_調(diào)節(jié)電機(jī)聯(lián)軸器；12_絲杠；13_撥叉；14-調(diào)節(jié)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供了一種變剛度柔性驅(qū)動器。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]該變剛度柔性驅(qū)動器由動力傳動機(jī)構(gòu)和剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
[0021]動力傳動機(jī)構(gòu)如圖1和圖2所示，本發(fā)明的主體框架為機(jī)架1，在機(jī)架I上安裝電機(jī)支架2 ;主電機(jī)3通過法蘭固定于電機(jī)支架2上，并通過主電機(jī)聯(lián)軸器4連接動力輸入軸5 ;動力輸入軸5的橫截面為方形，在其上滑動地設(shè)置具有環(huán)形槽的滑套6 ;動力輸出軸9通過軸承座8安裝于機(jī)架I上，在動力輸出軸9的底部安裝軸承10 ;動力輸入軸5的圓形頂端與軸承10連接，并保持與動力輸出軸9同軸心；動力輸出軸9的底部為圓盤狀，滑套6通過4個拉伸彈簧7連接動力輸出軸9的底部圓盤，構(gòu)成一個倒錐臺形狀。
[0022]剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖1、圖2所示，調(diào)節(jié)電機(jī)14通過法蘭固定于電機(jī)支架2上，并通過調(diào)節(jié)電機(jī)聯(lián)軸器11連接絲杠12，絲杠12與動力輸入軸5平行；在絲杠12上通過螺紋連接撥叉13，撥叉13的兩個水平的伸出壁夾插到動力輸入軸5上滑套6的環(huán)形槽內(nèi)，但并不影響滑套6的轉(zhuǎn)動。
[0023]本發(fā)明運(yùn)行時，動力輸入軸5由主電機(jī)3剛性驅(qū)動，滑套6隨動力輸入軸5進(jìn)行同步轉(zhuǎn)動，動力輸出軸9可被拉伸彈簧7所帶動，從而實(shí)現(xiàn)動力的柔性輸出；調(diào)節(jié)電機(jī)14可帶動絲杠12旋轉(zhuǎn)，螺接的撥叉13沿絲杠12做軸向運(yùn)動，進(jìn)而帶動滑套6沿動力輸入軸5做軸向運(yùn)動，從而改變拉伸彈簧7的預(yù)緊力。本發(fā)明可在運(yùn)行時改變剛度，調(diào)節(jié)過程平滑流暢。
[0024]本發(fā)明不應(yīng)受上述實(shí)施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案不用創(chuàng)造性勞動就可以得出部件的更換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種變剛度柔性驅(qū)動器，其特征在于，由安裝在機(jī)架(I)上的動力傳動機(jī)構(gòu)和剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成； 所述動力傳動機(jī)構(gòu)包括主電機(jī)(3)、動力輸入軸(5)、滑套￠)、拉伸彈簧(7)和動力輸出軸(9);主電機(jī)(3)與動力輸入軸(5)連接并對其進(jìn)行剛性驅(qū)動；動力輸入軸(5)的橫截面為方形，其上滑動地設(shè)置具有環(huán)形槽的滑套出)；動力輸出軸(9)通過軸承座(8)安裝在機(jī)架⑴上，且動力輸出軸(9)的輸出端伸出機(jī)架⑴；動力輸出軸(9)與動力輸入軸(5)同軸心并通過軸承(10)連接，動力輸出軸(9)的下端為圓盤，并由多個拉伸彈簧(7)沿所述圓盤的四周將動力輸出軸(9)與滑套(6)連接；當(dāng)滑套(6)轉(zhuǎn)動時，拉伸彈簧(7)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并帶動動力輸出軸(9)轉(zhuǎn)動； 所述剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)電機(jī)(14)、絲杠(12)和撥叉(13);絲杠(12)與調(diào)節(jié)電機(jī)(14)連接，并與動力輸入軸(5)平行；撥叉(13)通過螺紋連接在絲杠(12)上；撥叉(13)具有兩個水平的伸出臂，夾插到滑套(6)的環(huán)形槽內(nèi)；當(dāng)絲杠(12)轉(zhuǎn)動時，撥叉(13)沿絲杠做軸向運(yùn)動，并帶動滑套(6)沿動力輸入軸(5)做軸向運(yùn)動，從而改變所述拉伸彈簧的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述變剛度柔性驅(qū)動器，其特征在于，所述拉伸彈簧(7)沿動力輸出軸(9)的圓周均勻分布，其數(shù)量為不小于2的偶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述變剛度柔性驅(qū)動器，其特征在于，所述機(jī)架(I)上安裝電機(jī)支架(2)，主電機(jī)(3)和調(diào)節(jié)電機(jī)(14)分別安裝在電機(jī)支架(2)上，且主電機(jī)(3)通過主電機(jī)聯(lián)軸器⑷與動力輸入軸(5)連接，調(diào)節(jié)電機(jī)(14)通過調(diào)節(jié)電機(jī)聯(lián)軸器(11)與絲杠(12)連接。
【專利摘要】本發(fā)明屬于柔性驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變剛度柔性驅(qū)動器。該驅(qū)動器包括一機(jī)架，在機(jī)架上安裝截面為方形的動力輸入軸，在動力輸入軸上滑動地設(shè)置一具有環(huán)形槽的滑套；動力輸出軸與動力輸入軸同軸心，并由多個拉伸彈簧連接滑套與動力輸出軸；動力輸入軸可帶動滑套轉(zhuǎn)動，并使拉伸彈簧發(fā)生扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動動力輸出軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)動力的柔性輸出。在機(jī)架上與動力輸入軸平行地設(shè)置一絲杠，在絲杠上螺接一撥叉，撥叉的兩個伸出臂插設(shè)到滑套的環(huán)形槽內(nèi)；絲杠轉(zhuǎn)動時，通過撥叉帶動滑套沿動力輸入軸滑動，從而改變拉伸彈簧的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)快速、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各類仿生、服務(wù)和康復(fù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用中。
【IPC分類】B25J17-02, B25J19-00
【公開號】CN104626196
【申請?zhí)枴緾N201410769310
【發(fā)明人】胡永輝, 何宇婷
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月12日