基于可变支点的变刚度柔性驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于可变支点的变刚度柔性驱动器，包括动力输入机构、刚度调节机构和动力输出机构，所述刚度调节机构包括杠杆、支点柱、滑块和直线导轨，所述杠杆一端铰接在动力输出机构上，所述杠杆上下面分别设置有顶面滑槽和底面滑槽，所述支点柱一端与顶面滑槽配合连接，另一端连接在动力输入机构上，且与动力输入机构之间设置有支点调节结构，所述支点调节结构用于调节支点柱相对于动力输入机构的驱动轴的位置，所述滑块与底面滑槽配合连接且套接在直线导轨上，所述直线导轨连接在动力输出机构上，所述直线导轨上还套接有两段弹簧，所述两段弹簧分别位于滑块两侧。此发明专利技术结构紧凑、刚度调节范围广。

【技术实现步骤摘要】
基于可变支点的变刚度柔性驱动器
本专利技术涉及变刚度驱动器，具体地指一种基于可变支点的变刚度柔性驱动器。
技术介绍
在机器人领域，运动驱动的方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动等，而电机驱动具有精度高、控制准确、响应迅速等优势，成为一种主要的驱动方式。随着机器人技术的发展，康复辅助机器人和助力机器人的研究也越来越受到了重视，这些机器人在人机交互的过程中要求更高的安全性和对环境更好的适应能力。而传统的电机驱动是刚性的，在人机交互过程中有可能对人体造成伤害，并且对环境的适应性较差。采用可变刚度的柔性驱动器可以很好的解决这一问题。在设计变刚度驱动器的过程中，考虑可能的应用环境，应使结构紧凑、合理，同时应具有较大的刚度调节范围，调节功能易于实现，还有比较快的响应特性。目前，国内外在变刚度驱动器这一领域已有一些不错的成果，但是还是存在一些问题：变刚度驱动器机构复杂、刚度调节范围小。经对现有技术文献的检索发现，中国专利技术专利申请号201010283564.2，该技术工开一种变刚度柔性关节，包括微型驱动单元、电机支架、弹性单元，通过改变弹性元件的有效长度来改变刚度，但是弹性的有效长度改变有限，刚度改变的范围有限。中国专利申请号20150355179.7，该技术公开了一种刚度可调的柔性关节驱动机构，包括驱动端、调整端和柔性关节，采用曲斜面-转轮配合结构实现变刚度，能够实现驱动器的刚度从极大柔性到完全刚性的改变，但该机构结构复杂，尺寸偏大。中国专利申请号201310119858.5，该技术公开了一种可变刚度的机器人关节驱动器，包括关节驱动电机、刚度调节部件、输出端，利用金属柔性齿条实现了刚度的调节，结构比较紧凑，刚度范围比较大，但是结构比较复杂，刚度调节的过程复杂。
技术实现思路
本专利技术就是针对现有技术的不足，提供了一种结构紧凑、调节范围大的基于可变支点的变刚度柔性驱动器。为了实现上述目的，本专利技术所设计的基于可变支点的变刚度柔性驱动器，包括动力输入机构、刚度调节机构和动力输出机构，其特征在于：所述刚度调节机构包括杠杆、支点柱、滑块和直线导轨，所述杠杆一端铰接在动力输出机构上，所述杠杆上下面分别设置有顶面滑槽和底面滑槽，所述支点柱一端与顶面滑槽配合连接，另一端连接在动力输入机构上，且与动力输入机构之间设置有支点调节结构，所述支点调节结构用于调节支点柱相对于动力输入机构的驱动轴的位置，所述滑块与底面滑槽配合连接且套接在直线导轨上，所述直线导轨连接在动力输出机构上，所述直线导轨上还套接有两段弹簧，所述两段弹簧分别位于滑块两侧。其中顶面滑槽和底面滑槽可以为同一个槽。进一步地，所述的支点调节结构包括刚度伺服电机、传动齿轮和刚度调节齿轮；所述传动齿轮连接在刚度伺服电机的输出轴上，与刚度调节齿轮啮合，所述刚度调节齿轮通过链接垫轴、滚针推力轴承、链接轴承和链接压轴连接在动力输入机构的驱动轴上，所述刚度调节齿轮上设置有阿基米德螺旋线槽，所述动力输入机构的端面上设置有相对于驱动轴的径向调节槽，所述支点柱另一端依次穿过阿基米德螺旋线槽和径向调节槽，其端部设置有限位的支点顶盖。通过阿基米德螺旋曲线槽，把刚度调节齿轮转过的角度线性的转化为支点柱在径向调节槽中的位置，便于对支点柱位置的控制。在调节过程中，支点柱在阿基米德螺旋曲线槽中旋转一个角度时，支点柱在径向调节槽中的位置微小距离，提高支点柱位置的调节精度。更进一步地，所述动力输入机构包括位置伺服电机、连轴器、驱动器底座和筒状外壳，所述驱动器底座整体呈盘状结构，所述联轴器用于连接位置伺服电机的驱动轴和驱动器底座，所述筒状外壳设置在驱动器底座上，所述径向调节槽设置在驱动器底座上，所述刚度伺服电机固定在驱动器底座上。通过联轴器和驱动器底座，把动力的轴输出改为盘输出，便于后续动力的传递。再进一步地，所述筒状外壳包括支撑段和连接段，所述支撑段与驱动器底座连接，支撑、保护驱动器，连接段与驱动器外壳活动连接。再进一步地，所述动力输出机构包括筒状驱动器外壳、驱动器顶盖、旋转编码器和偏转连接件，所述筒状驱动器外壳一端与筒状外壳活动连接，另一端与驱动器顶盖连接，所述旋转编码器设置在驱动器顶盖上，所述偏转连接件连接在旋转编码器和筒状外壳上，所述杠杆一端铰接在驱动器外壳上，所述直线导轨尺寸与驱动器外壳内径相同，且连接在驱动器外壳内径上，杠杆的长度为筒状驱动器外壳内径的0.6到0.75倍，动力输出机构实现了将动力传输到筒状驱动器外壳，并可通过其他输出结构的连接方式将力向外输出。再进一步地，所述筒状外壳的连接段上设置有滑动槽，所述滑动槽内镶嵌有滚珠，所述驱动器外壳与筒状外壳通过滚珠实现活动连接。再进一步地，还包括驱动器支撑机构，所述驱动器支撑机构包括底座和支架。支架设置有两处，分别与位置伺服电机和筒状外壳的支撑段连接，用于支撑固定整个驱动器，在驱动器运行过程中保证驱动器的平稳运行，减小震动。本专利技术的优点在于：本设计的刚度调节机构结构新颖，采用了带有阿基米德螺旋曲线槽的齿轮来调节支点，改变杠杆力臂长度。能够实现刚度的大范围调节，使驱动器能够从零刚度调整到完全刚性，并且使得结构更加紧凑。通过移动支点改变刚度，更易于控制，能够实现驱动器的输出位置和输出刚度的实时同步的调节。附图说明图1为本专利技术基于可变支点的变刚度柔性驱动器结构示意图。图2为本专利技术基于可变支点的变刚度柔性驱动器的剖视图。图3为本专利技术图2的详细标号结构示意图。图4为图1的右视图。图5为图1的左视剖面结构示意图。图6为本专利技术的杠杆结构示意图。图中：动力输入机构a、刚度调节机构b，动力输出机构c，支点调节机构d，驱动器支撑机构e，底座1，刚度伺服电机2，位置伺服电机3，支架4，连轴器5，支点顶盖6，驱动器底座7，筒状外壳8，支撑段9，连接段10，驱动器外壳11，绕线盘12，驱动器顶盖13，编码器14，阿基米德螺旋线槽15，传动齿轮16，滑块17，刚度调节齿轮18，杠杆19，顶面滑槽19.1，底面滑槽19.2，支点柱20，径向调节槽21，链接垫轴22，滚针推力轴承23，链接轴承24，链接压轴25，滑动槽26，驱动轴27，滚珠28，直线导轨29，弹簧30，第一弹簧31，第二弹簧32，偏转连接件33。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述：图中所示的基于可变支点的变刚度柔性驱动器，包括动力输入机构a、刚度调节机构b和动力输出机构c，所述刚度调节机构b包括杠杆19、支点柱20、滑块17和直线导轨29，所述杠杆19一端铰接在动力输出机构c上，所述杠杆19上下面分别设置有顶面滑槽19.1和底面滑槽19.2，所述支点柱20一端与顶面滑槽19.1配合连接，另一端连接在动力输入机构a上，且与动力输入机构a之间设置有支点调节结构d，所述支点调节结构d用于调节支点柱20相对于动力输入机构a的驱动轴27的位置，所述滑块17与底面滑槽19.2配合连接且套接在直线导轨29上，所述直线导轨29连接在动力输出机构c上，所述直线导轨29上还套接有两段弹簧30，所述两段弹簧30分别位于滑块17两侧。顶面滑槽19.1和底面滑槽19.2可以为同一个槽。其中，支点调节结构d包括刚度伺服电机2、传动齿轮16和刚度调节齿轮18，传动齿轮16连接在刚度伺服电机2的输出轴上，与刚度调节齿轮1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可变支点的变刚度柔性驱动器，包括动力输入机构（a）、刚度调节机构（b）和动力输出机构（c），其特征在于：所述刚度调节机构（b）包括杠杆（19）、支点柱（20）、滑块（17）和直线导轨（29），所述杠杆（19）一端铰接在动力输出机构（c）上，所述杠杆（19）上下面分别设置有顶面滑槽（19.1）和底面滑槽（19.2），所述支点柱（20）一端与顶面滑槽（19.1）配合连接，另一端连接在动力输入机构（a）上，且与动力输入机构（a）之间设置有支点调节结构（d），所述支点调节结构（d）用于调节支点柱（20）相对于动力输入机构（a）的驱动轴（27）的位置，所述滑块（17）与底面滑槽（19.2）配合连接且套接在直线导轨（29）上，所述直线导轨（29）连接在动力输出机构（c）上，所述直线导轨（29）上还套接有两段弹簧（30），所述两段弹簧（30）分别位于滑块（17）两侧。

【技术特征摘要】
1.一种基于可变支点的变刚度柔性驱动器，包括动力输入机构（a）、刚度调节机构（b）和动力输出机构（c），其特征在于：所述刚度调节机构（b）包括杠杆（19）、支点柱（20）、滑块（17）和直线导轨（29），所述杠杆（19）一端铰接在动力输出机构（c）上，所述杠杆（19）上下面分别设置有顶面滑槽（19.1）和底面滑槽（19.2），所述支点柱（20）一端与顶面滑槽（19.1）配合连接，另一端连接在动力输入机构（a）上，且与动力输入机构（a）之间设置有支点调节结构（d），所述支点调节结构（d）用于调节支点柱（20）相对于动力输入机构（a）的驱动轴（27）的位置，所述滑块（17）与底面滑槽（19.2）配合连接且套接在直线导轨（29）上，所述直线导轨（29）连接在动力输出机构（c）上，所述直线导轨（29）上还套接有两段弹簧（30），所述两段弹簧（30）分别位于滑块（17）两侧。2.根据权利要求1所述的基于可变支点的变刚度柔性驱动器，其特征在于：所述的支点调节结构（d）包括刚度伺服电机（2）、传动齿轮（16）和刚度调节齿轮（18）；所述传动齿轮（16）连接在刚度伺服电机（2）的输出轴上，与刚度调节齿轮（18）啮合，所述刚度调节齿轮（18）通过链接轴承（24）和链接压轴（25）连接在动力输入机构（a）的驱动轴（27）上，所述刚度调节齿轮（18）上设置有阿基米德螺旋线槽（15），所述动力输入机构（a）的端面上设置有相对于驱动轴（27）的径向调节槽（21），所述支点柱（20）另一端依次穿过阿基米德螺旋线槽（15）和径向调节槽（21），其端部设置有限位的支点顶盖（6）。3.根据权利要求2所述的基于可变支点的变刚度柔性驱动器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭朝，肖晓晖，张玉炳，孙剑韬，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42