一种分布式片弹簧变刚度关节驱动器制造技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种变刚度关节驱动器，更特别地说，是指一种基于左右旋丝杠-滑块连杆机构的分布式片弹簧变刚度关节驱动器。
技术介绍
变刚度关节驱动器应用在诸如机器鱼，机器狗等仿生机器人上，可以实现关节有效输出刚度以及系统刚度的改变，可降低系统能量消耗。节能原理为以下两方面：(1)弹性元件的弹性变形可以储存弹性势能，在一个运动过程中，部分多余的动能或者重力势能转化为弹性势能，而在接下来的运动过程中，弹性势能进而又转化为运动所需要的动能，从长期运动考虑，能够充分利用多余能量，降低能量损耗。(2)研究表明，当运动端自然频率与当前运动的频率相匹配时，则可有效减少做出该运动的能量消耗。运动端的自然频率是运动端的刚度和惯性的函数。通过在运动过程中实时地改变关节刚度，可以使运动端自然频率随之改变。从而实现在做出全部运动中所消耗的能量最低。
技术实现思路
为了如何改变输出端的扭转刚度的技术问题，本专利技术设计了一种基于左右旋丝杠-滑块连杆机构的分布式片弹簧变刚度关节驱动器。该变刚度关节驱动器通过“丝杠-滑块-连杆-滑块”机构使得输出端刚度可控，“连杆-滑块”的柔顺性能够降低整个装置的震动进而提高稳定性，通过控制输出端刚度可确保人机交互时的安全性，通过实时调整刚度进而可以改变运动端自然频率从而可以降低能量消耗。本专利技术变刚度关节驱动器的优点在于：①本专利技术设计的变刚度关节驱动器在刚度保持阶段不需要提供额外的动力来维
【技术保护点】
一种基于左右旋丝杠‑滑块连杆机构的分布式片弹簧变刚度关节驱动器，其特征在于：该驱动器包括有第一弹性元件(1)、第二弹性元件(2)、第三弹性元件(3)、驱动组件(4)和关节骨架(5)；其中，第一弹性元件(1)、第二弹性元件(2)和第三弹性元件(3)的结构相同；第一弹性元件(1)包括有AA关节轴(11)、AB关节轴(12)、AC关节轴(13)、AD关节轴(14)、A上连杆(1A)、A下连杆(1B)、A外滑块(1C)、A内滑块(1D)、A簧片(1E)、AA导杆(1F)、AB导杆(1G)、A支架(1H)、AA滚动体(1J)、AB滚动体(1K)；A上连杆(1A)的一端设有用于AA关节轴(11)穿过的AA通孔(1A1)，A上连杆(1A)的另一端设有用于AB关节轴(12)穿过的AB通孔(1A2)；A下连杆(1B)的一端设有用于AC关节轴(13)穿过的AC通孔(1B1)，A下连杆(1B)的另一端设有用于AD关节轴(14)穿过的AD通孔(1B2)；A外滑块(1C)的上端设有AC凸台(1C1)和AD凸台(1C2)，AC凸台(1C1)与AD凸台(1C2)之间是AA凹槽(1C3)，该AA凹槽(1C3)用于放置...
【技术特征摘要】
1.一种基于左右旋丝杠-滑块连杆机构的分布式片弹簧变刚度关节驱动器，其特征在
于：该驱动器包括有第一弹性元件(1)、第二弹性元件(2)、第三弹性元件(3)、驱动组件(4)
和关节骨架(5)；其中，第一弹性元件(1)、第二弹性元件(2)和第三弹性元件(3)的结构相
同；
第一弹性元件(1)包括有AA关节轴(11)、AB关节轴(12)、AC关节轴(13)、AD关节轴(14)、
A上连杆(1A)、A下连杆(1B)、A外滑块(1C)、A内滑块(1D)、A簧片(1E)、AA导杆(1F)、AB导杆
(1G)、A支架(1H)、AA滚动体(1J)、AB滚动体(1K)；
A上连杆(1A)的一端设有用于AA关节轴(11)穿过的AA通孔(1A1)，A上连杆(1A)的另一
端设有用于AB关节轴(12)穿过的AB通孔(1A2)；
A下连杆(1B)的一端设有用于AC关节轴(13)穿过的AC通孔(1B1)，A下连杆(1B)的另一
端设有用于AD关节轴(14)穿过的AD通孔(1B2)；
A外滑块(1C)的上端设有AC凸台(1C1)和AD凸台(1C2)，AC凸台(1C1)与AD凸台(1C2)之
间是AA凹槽(1C3)，该AA凹槽(1C3)用于放置A上连杆(1A)的另一端，AC凸台(1C1)上设有AK
通孔(1C11)，该AK通孔(1C11)用于AB关节轴(12)穿过，AD凸台(1C2)上设有AL通孔(1C21)，
该AL通孔(1C21)用于AB关节轴(12)穿过；A外滑块(1C)的下端设有AE凸台(1C4)和AF凸台
(1C5)，AE凸台(1C4)与AF凸台(1C5)之间是AB凹槽(1C6)，该AB凹槽(1C6)用于放置A下连杆
(1B)的一端，AE凸台(1C4)上设有用于AD关节轴(14)穿过的AM通孔(1C41)，AF凸台(1C5)上
设有用于AD关节轴(14)穿过的AN通孔(1C51)，A外滑块(1C)的上端与下端的凸台结构是相
同的；A外滑块(1C)上设有用于AA导杆(1F)的另一端穿过的AO通孔(1C7)，用于AB导杆(1G)
的另一端穿过的AP通孔(1C8)；A外滑块(1C)的中部是AB矩形通孔(1C9)，该AB矩形通孔
(1C9)用于用于A簧片(1E)的一端穿过；A外滑块(1C)的一面板上设有A沉头腔(1C-1)，A沉头
腔(1C-1)内设有用于放置AA滚动体(1J)的AC卡孔(1C-2)，用于放置AB滚动体(1K)的AD卡孔
(1C-3)；所述A沉头腔(1C-1)用于放置A内滑块(1D)，且AC卡孔(1C-2)与AA卡孔(1D1)配合，
AD卡孔(1C-3)与AB卡孔(1D2)配合，AO通孔(1C7)与AI通孔(1D3)配合，AP通孔(1C8)与AJ通
孔(1D4)配合；
A内滑块(1D)的一面板上设有用于放置AA滚动体(1J)的AA卡孔(1D1)，用于放置AB滚
动体(1K)的AB卡孔(1D2)；A内滑块(1D)上设有用于AA导杆(1F)的另一端穿过的AI通孔
(1D3)，用于AB导杆(1G)的另一端穿过的AJ通孔(1D4)；A内滑块(1D)的中部是AA矩形通孔
(1D5)，该AA矩形通孔(1D5)用于A簧片(1E)的一端穿过；
A簧片(1E)的一端设有用于螺钉穿过的AE通孔(1E1)；
AA导杆(1F)的一端设有AA圆凸柱(1F1)；该AA圆凸柱(1F1)用于限制A内滑块(1D)在AA
导杆(1F)的滑动位置；
AB导杆(1G)的一端设有AB圆凸柱(1G1)；该AB圆凸柱(1G1)用于限制A内滑块(1D)在AB
导杆(1G)的滑动位置；
A支架(1H)的AA支臂(1H1)上设有AF通孔(1H11)，通过在该AF通孔(1H11)中放置A螺钉
(6A)实现将A支架(1H)的AA支臂(1H1)上与第六支撑件(5F)的EA支臂(5F1)固定；A支架(1H)
的AB支臂(1H2)上设有AA凸台(1H21)和AB凸台(1H22)，AA凸台(1H21)上设有用于放置AA导
杆(1F)另一端的AG通孔(1H23)，AB凸台(1H22)上设有用于放置AB导杆(1G)另一端的AH通孔
(1H24)；
AA滚动体(1J)上设有AC圆凸柱(1J1)；
AB滚动体(1K)上设有AD圆凸柱(1K1)；AA滚动体(1J)上的AC圆凸柱(1J1)与AB滚动体
(1K)上的AD圆凸柱(1K1)之间用于A簧片(1E)的一端穿过；
第二弹性元件(2)包括有BA关节轴(21)、BB关节轴(22)、BC关节轴(23)、BD关节轴(24)、
B上连杆(2A)、B下连杆(2B)、B外滑块(2C)、B内滑块(2D)、B簧片(2E)、BA导杆(2F)、BB导杆
(2G)、B支架(2H)、BA滚动体(2J)、BB滚动体(2K)；
B上连杆(2A)的一端设有用于BA关节轴(21)穿过的BA通孔(2A1)，B上连杆(2A)的另一
端设有用于BB关节轴(22)穿过的BB通孔(2A2)；
B下连杆(2B)的一端设有用于BC关节轴(23)穿过的BC通孔(2B1)，B下连杆(2B)的另一
端设有用于BD关节轴(24)穿过的BD通孔(2B2)；
B外滑块(2C)的上端设有BC凸台(2C1)和BD凸台(2C2)，BC凸台(2C1)与BD凸台(2C2)之
间是BA凹槽(2C3)，该BA凹槽(2C3)用于放置B上连杆(2A)的另一端，BC凸台(2C1)上设有BK
通孔(2C11)，该BK通孔(2C11)用于BB关节轴(22)穿过，BD凸台(2C2)上设有BL通孔(2C21)，
该BL通孔(2C21)用于BB关节轴(22)穿过；B外滑块(2C)的下端设有BE凸台(2C4)和BF凸台
(2C5)，BE凸台(2C4)与BF凸台(2C5)之间是BB凹槽(2C6)，该BB凹槽(2C6)用于放置B下连杆
(2B)的一端，BE凸台(2C4)上设有用于BD关节轴(24)穿过的BM通孔(2C41)，BF凸台(2C5)上
设有用于BD关节轴(24)穿过的BN通孔(2C51)，B外滑块(2C)的上端与下端的凸台结构是相
同的；B外滑块(2C)上设有用于BA导杆(2F)的另一端穿过的BO通孔(2C7)，用于BB导杆(2G)
的另一端穿过的BP通孔(2C8)；B外滑块(2C)的中部是BB矩形通孔(2C9)，该BB矩形通孔
(2C9)用于用于B簧片(2E)的一端穿过；B外滑块(2C)的一面板上设有B沉头腔(2C-1)，B沉头
腔(2C-1)内设有用于放置BA滚动体(2J)的BC卡孔(2C-2)，用于放置BB滚动体(2K)的BD卡孔
(2C-3)；所述B沉头腔(2C-1)用于放置B内滑块(2D)，且BC卡孔(2C-2)与BA卡孔(2D1)配合，
BD卡孔(2C-3)与BB卡孔(2D2)配合，BO通孔(2C7)与BI通孔(2D3)配合，BP通孔(2C8)与BJ通
孔(2D4)配合；
B内滑块2D的一面板上设有用于放置BA滚动体2J的BA卡孔2D1，用于放置BB滚动体2K
的BB卡孔2D2；B内滑块2D上设有用于BA导杆2F的另一端穿过的BI通孔2D3，用于BB导杆2G的
另一端穿过的BJ通孔2D4；B内滑块2D的中部是BA矩形通孔2D5，该BA矩形通孔2D5用于B簧片
2E的一端穿过；
B簧片2E的一端设有用于螺钉穿过的BE通孔2E1；
BA导杆2F的一端设有BA圆凸柱2F1；该BA圆凸柱2F1用于限制B内滑块2D在BA导杆2F的
滑动位置；
BB导杆2G的一端设有BB圆凸柱2G1；该BB圆凸柱2G1用于限制B内滑块2D在BB导杆2G的
滑动位置；
B支架2H的BA支臂2H1上设有BF通孔2H11，通过在该BF通孔2H11中放置B螺钉6B实现将B
支架2H的BA支臂2H1上与第六支撑件5F的EA支臂5F1固定；B支架2H的BB支臂2H2上设有BA凸
台2H21和BB凸台2H22，BA凸台2H21上设有用于放置BA导杆2F另一端的BG通孔2H23，BB凸台
2H22上设有用于放置BB导杆2G另一端的BH通孔2H24；
BA滚动体2J上设有BC圆凸柱2J1；
BB滚动体2K上设有BD圆凸柱2K1；BA滚动体2J上的BC圆凸柱2J1与BB滚动体2K上的BD圆
凸柱2K1之间用于B簧片2E的一端穿过；
第三弹性元件(3)包括有CA关节轴(31)、CB关节轴(32)、CC关节轴(33)、CD关节轴(34)、
C上连杆(3A)、C下连杆(3B)、C外滑块(3C)、C内滑块(3D)、C簧片(3E)、CA导杆(3F)、CB导杆
(3G)、C支架(3H)、CA滚动体(3J)、CB滚动体(3K)；
C上连杆3A的一端设有用于CA关节轴31穿过的CA通孔3A1，C上连杆3A的另一端设有用
于CB关节轴32穿过的CB通孔3A2；
C下连杆3B的一端设有用于CC关节轴33穿过的CC通孔3B1，C下连杆3B的另一端设有用
于CD关节轴34穿过的CD通孔3B2；
C外滑块3C的上端设有CC凸台3C1和CD凸台3C2，CC凸台3C1与CD凸台3C2之间是CA凹槽
3C3，该CA凹槽3C3用于放置C上连杆3A的另一端，CC凸台3C1上设有CK通孔3C11，该CK通孔
3C11用于CB关节轴32穿过，CD凸台3C2上设有CL通孔3C21，该CL通孔3C21用于CB关节轴32穿
过；C外滑块3C的下端设有CE凸台3C4和CF凸台3C5，CE凸台3C4与CF凸台3C5之间是CB凹槽
3C6，该CB凹槽3C6用于放置C下连杆3B的一端，CE凸台3C4上设有用于CD关节轴34穿过的CM
通孔3C41，CF凸台3C5上设有用于CD关节轴34穿过的CN通孔3C51，C外滑块3C的上端与下端
的凸台结构是相同的；C外滑块3C上设有用于CA导杆3F的另一端穿过的CO通孔3C7，用于CB
导杆3G的另一端穿过的CP通孔3C8；C外滑块3C的中部是CB矩形通孔3C9，该CB矩形通孔3C9
用于用于C簧片3E的一端穿过；C外滑块3C的一面板上设有C沉头腔3C-1，C沉头腔3C-1内设
有用于放置CA滚动体3J的CC卡孔3C-2，用于放置CB滚动体3K的CD卡孔3C-3；所述C沉头腔
3C-1用于放置C内滑块3D，且CC卡孔3C-2与CA卡孔3D1配合，CD卡孔3C-3与CB卡孔3D2配合，
CO通孔3C7与CI通孔3D3配合，CP通孔3C8与CJ通孔3D4配合；
C内滑块3D的一面板上设有用于放置CA滚动体3J的CA卡孔3D1，用于放置CB滚动体3K
的CB卡孔3D2；C内滑块3D上设有用于CA导杆3F的另一端穿过的CI通孔3D3，用于CB导杆3G的
另一端穿过的CJ通孔3D4；C内滑块3D的中部是CA矩形通孔3D5，该CA矩形通孔3D5用于C簧片
3E的一端穿过；
C簧片3E的一端设有用于螺钉穿过的CE通孔3E1；
CA导杆3F的一端设有CA圆凸柱3F1；该CA圆凸柱3F1用于限制C内滑块3D在CA导杆3F的
滑动位置；
CB导杆3G的一端设有CB圆凸柱3G1；该CB圆凸柱3G1用于限制C内滑块3D在CB导杆3G的
滑动位置；
C支架3H的CA支臂3H1上设有CF通孔3H11，通过在...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴星明，赵子健，黄超，王建华，陈伟海，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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