变刚度柔性驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种变刚度柔性驱动器，包括动力传动机构、刚度调节机构和刚度输出机构，所述动力传动机构包括齿轮传动机构和两台电机，两台电机并联布置，向所述齿轮传动机构输入动力；所述刚度调节机构包括两个四杆机构，每个所述四杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和板簧，所述板簧上安装有滑块；所述刚度输出机构包括刚度输出轴、一对刚度输出杆、外壳和支座，通过两台电机控制所述刚度输出机构的输出的平衡位置，以及滑块在板簧上的位置，从而调节所述变刚度柔性驱动器的刚度。本发明专利技术通过双板簧的双四杆机构使得驱动器的刚度控制范围变大，结构紧凑、尺寸小，易于控制。

Variable stiffness flexible driver

The invention discloses a variable stiffness flexible actuator, which comprises a power transmission mechanism, a stiffness adjusting mechanism and a stiffness output mechanism. The power transmission mechanism comprises a gear transmission mechanism and two motors, two motors arranged in parallel and input power to the gear transmission mechanism; the stiffness adjusting mechanism comprises two four bars. Each of the four-bar mechanisms comprises a first connecting rod, a second connecting rod, a third connecting rod and a leaf spring, and a slider is mounted on the leaf spring; the stiffness output mechanism comprises a stiffness output shaft, a pair of stiffness output rods, a housing and a support, a balance position of the output of the stiffness output mechanism is controlled by two motors, and The position of the slider on the leaf spring adjusts the stiffness of the variable stiffness flexible actuator. The invention makes the stiffness control range of the actuator enlarged, the structure compact, the size small and easy to control by the double-leaf spring double-four-bar mechanism.

【技术实现步骤摘要】
变刚度柔性驱动器
本专利技术涉及柔性驱动
，具体地，涉及一种变刚度柔性驱动器。
技术介绍
随着人工智能软件技术的快速发展，机器人研究也进入崭新的阶段，人们对服务机器人、仿生机器人以及康复机器人机械控制的要求越来越高，控制的快速性、安全性都是需要进一步提高。在服务机器人、仿生机器人以及康复机器人领域，机器人的关节需要一定的柔顺性，柔顺性的增加不仅能够提高能源效率，还能改善系统的动态特性。柔性驱动器通过在传动机构中引入弹性元件，将刚性输出变成柔性输出。柔性输出的特点在于，弹性元件能够在运行中储存和释放能量，即具有缓冲作用，使得机器人在与环境刚性碰撞冲击后，能够减小机械结构的损伤，不仅降低系统能耗，还提高了安全性。此外弹性元件的引入还能使机器人的步态更加自然和稳定，大大扩展了机器人的环境适应范围。现有的变刚度柔性驱动器有着关节结构复杂、驱动元件和传动机构不够紧凑、调节范围小等缺点。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术的目的是提供一种变刚度柔性驱动器，以解决现有变刚度柔性驱动器中关节结构复杂、驱动元件和传动机构不够紧凑、调节范围小的问题，从而提高机器人能效、系统动态特性以及运行的稳定性和安全性。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述变刚度柔性驱动器，包括动力传动机构、刚度调节机构和刚度输出机构，所述动力传动机构包括齿轮传动机构和两台电机，两台电机并联布置，每台所述电机包括电机底座、电机主体和电机输出轴，通过所述电机向所述齿轮传动机构输入动力；所述刚度调节机构包括两个四杆机构，每个所述四杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和板簧，所述板簧上安装有滑块，所述第一连杆的第一端与所述第三连杆铰接，所述第一连杆的第二端与其中一个板簧上的滑块铰接，所述第二连杆的第一端与所述第三连杆铰接，所述第二连杆的第二端与另一个板簧上的滑块铰接，所述第三连杆安装在所述齿轮传动机构上；所述刚度输出机构包括刚度输出轴、一对刚度输出杆、外壳和支座，一对刚度输出杆分别安装在所述外壳的两侧，所述刚度输出轴的两端分别安装在一对刚度输出杆上，所述刚度输出轴用于输出刚度，所述板簧与所述外壳固定连接，所述外壳与所述支座铰接，所述外壳用于将所述刚度调节机构和所述动力传动机构封闭，两台电机同向转动时，控制所述刚度输出机构的输出的平衡位置，两台电机异向转动时，控制所述刚度调节机构中所述滑块在所述板簧上的位置，从而调节所述变刚度柔性驱动器的刚度。优选地，所述第三连杆是齿轮连杆，所述齿轮传动机构包括主轴和两个轴承，所述主轴的两端与所述支座固定连接，所述齿轮连杆通过轴承安装在所述主轴上，所述轴承的内圈与所述主轴配合，所述轴承的外圈与所述齿轮连杆配合，所述轴承的外端面通过螺母固定，所述电机底座固定在所述支座上，所述电机输出轴与所述齿轮连杆的齿轮啮合。优选地，所述主轴中间位置的直径大于两侧的直径。优选地，两台电机相对于所述主轴中心对称。优选地，所述齿轮传动机构包括主轴和两个轴承，所述主轴的两端与所述支座固定连接，所述主轴的中部固定有齿轮，且齿轮直径大于主轴直径，两个轴承对称安装于主轴中部齿轮的两侧，所述轴承的内圈与所述主轴配合，所述轴承的外圈与所述第三连杆配合，所述轴承的外端面通过螺母固定，所述电机底座固定在所述第三连杆上，所述电机输出轴与主轴中部的齿轮啮合。优选地，两个板簧相对于所述主轴中心对称。优选地，所述支座包括支撑架和底盘，所述底盘与所述支撑架固定连接，所述外壳与所述底盘铰接。优选地，所述外壳包括外框和两个固定盖板，两个固定盖板分别位于外框的两侧，每个所述固定盖板与所述底盘同轴心铰接。优选地，所述变刚度柔性驱动器还包括板簧夹具，用于夹持所述板簧，所述板簧夹具与所述外壳固定连接。优选地，所述第一连杆和所述第二连杆的长度相同。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术通过并联布置的两台电机控制刚度输出的平衡位置和刚度值，从而调节所述驱动器的刚度。通过调节板簧提高机器人能效，通过双板簧的双四杆机构使得驱动器的刚度控制范围变大。该驱动器的电机通过齿轮传动机构连接刚度调节机构，两台电机异向转动时控制滑块在板簧上的位置，同向转动时控制刚度输出机构的平衡位置，控制简单。该驱动器具有良好的抗冲击能力和柔性动力学特性，结构紧凑、尺寸小，易于控制，能够满足机器人对变刚度柔性驱动器在结构和功能上的需求，使机器人步态更自然、稳定，运行更安全，可广泛应用于康复、服务等各类机器人的研究应用中。附图说明图1为本专利技术所述变刚度柔性驱动器的立体结构示意图；图2为本专利技术所述变刚度柔性驱动器的一个实施例的内部结构示意图；图3为图2中所示变刚度柔性驱动器电机结构示意图；图4为图2中所示变刚度柔性驱动器刚度调节机构平面示意图；图5为图2中所示变刚度柔性驱动器齿轮传动机构剖面示意图；图6为本专利技术所述变刚度柔性驱动器的另一个实施例的内部结构示意图；图7为图6中所示变刚度柔性驱动器刚度调节机构结构示意图；图8为图6中所示变刚度柔性驱动器刚度调节机构平面示意图；图9为图6中所示变刚度柔性驱动器齿轮传动机构剖面示意图；图中标号：1-刚度输出杆；2-底盘；3-支撑架；4-固定盖板；5-外框；6-刚度输出轴；7-主轴；8-螺母；9-第三连杆；10-轴承；11-滑块；12-板簧夹具；13-板簧；14-固定垫片；15-第二连杆；16-第一连杆；17-电机；17.1-电机输出轴；17.2-电机主体；17.3-电机底座。具体实施方式下面将参考附图来描述本专利技术所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。实施例1下面结合图1-图5来详细说明实施例1。图1为本专利技术所述变刚度柔性驱动器的立体结构示意图，图2为本专利技术所述变刚度柔性驱动器的一个实施例的内部结构示意图，图3为图2中所示变刚度柔性驱动器电机结构示意图，如图1-图3所示，本专利技术所述变刚度柔性驱动器，包括动力传动机构、刚度调节机构和刚度输出机构，其中，动力传动机构包括齿轮传动机构和两台电机17，两台电机17并联布置，每台电机17包括电机底座17.3、电机主体17.2和电机输出轴17.1，通过电机17向齿轮传动机构输入动力；刚度调节机构包括两个四杆机构，每个四杆机构包括第一连杆16、第二连杆15、第三连杆9和板簧13，板簧13上安装有滑块11，第一连杆16的第一端与第三连杆9铰接，第一连杆16的第二端与其中一个板簧13上的滑块11铰接，第二连杆15的第一端与第三连杆9铰接，第二连杆15的第二端与另一个板簧13上的滑块11铰接，第三连杆9安装在齿轮传动机构上；刚度输出机构包括刚度输出轴6、一对刚度输出杆1、外壳和支座，一对刚度输出杆1分别安装在外壳的两侧，平行设置，刚度输出轴6的两端分别安装在一对刚度输出杆1上，刚度输出轴6用于输出刚度，板簧13与外壳固定连接，外壳与支座铰接，外壳用于将刚度调节机构和动力传动机构封闭。两台电机17同向转动时，通过第一连杆16和第二连杆15施加滑块11垂直滑动方向的力，抵消板簧13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变刚度柔性驱动器，其特征在于，包括动力传动机构、刚度调节机构和刚度输出机构，所述动力传动机构包括齿轮传动机构和两台电机，两台电机并联布置，每台所述电机包括电机底座、电机主体和电机输出轴，通过所述电机向所述齿轮传动机构输入动力；所述刚度调节机构包括两个四杆机构，每个所述四杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和板簧，所述板簧上安装有滑块，所述第一连杆的第一端与所述第三连杆铰接，所述第一连杆的第二端与其中一个板簧上的滑块铰接，所述第二连杆的第一端与所述第三连杆铰接，所述第二连杆的第二端与另一个板簧上的滑块铰接，所述第三连杆安装在所述齿轮传动机构上；所述刚度输出机构包括刚度输出轴、一对刚度输出杆、外壳和支座，一对刚度输出杆分别安装在所述外壳的两侧，所述刚度输出轴的两端分别安装在一对刚度输出杆上，所述刚度输出轴用于输出刚度，所述板簧与所述外壳固定连接，所述外壳与所述支座铰接，所述外壳用于将所述刚度调节机构和所述动力传动机构封闭，两台电机同向转动时，控制所述刚度输出机构的输出的平衡位置，两台电机异向转动时，控制所述刚度调节机构中所述滑块在所述板簧上的位置，从而调节所述变刚度柔性驱动器的刚度。...

【技术特征摘要】
1.一种变刚度柔性驱动器，其特征在于，包括动力传动机构、刚度调节机构和刚度输出机构，所述动力传动机构包括齿轮传动机构和两台电机，两台电机并联布置，每台所述电机包括电机底座、电机主体和电机输出轴，通过所述电机向所述齿轮传动机构输入动力；所述刚度调节机构包括两个四杆机构，每个所述四杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和板簧，所述板簧上安装有滑块，所述第一连杆的第一端与所述第三连杆铰接，所述第一连杆的第二端与其中一个板簧上的滑块铰接，所述第二连杆的第一端与所述第三连杆铰接，所述第二连杆的第二端与另一个板簧上的滑块铰接，所述第三连杆安装在所述齿轮传动机构上；所述刚度输出机构包括刚度输出轴、一对刚度输出杆、外壳和支座，一对刚度输出杆分别安装在所述外壳的两侧，所述刚度输出轴的两端分别安装在一对刚度输出杆上，所述刚度输出轴用于输出刚度，所述板簧与所述外壳固定连接，所述外壳与所述支座铰接，所述外壳用于将所述刚度调节机构和所述动力传动机构封闭，两台电机同向转动时，控制所述刚度输出机构的输出的平衡位置，两台电机异向转动时，控制所述刚度调节机构中所述滑块在所述板簧上的位置，从而调节所述变刚度柔性驱动器的刚度。2.根据权利要求1所述的变刚度柔性驱动器，其特征在于，所述第三连杆是齿轮连杆，所述齿轮传动机构包括主轴和两个轴承，所述主轴的两端与所述支座固定连接，所述齿轮连杆通过轴承安装在所述主轴上，所述轴承的内圈与所述主轴配合，所述轴承的外圈与所述齿轮连杆配合，所述轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，陈代伟，张彬彬，付鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11