线性串联弹性致动器制造技术

一种线性串联弹性致动器，包含线性驱动机构、动力输出部件与弹性部件，线性驱动机构包含步进马达、螺杆组件及线性运动部件，步进马达结合线性运动部件连接螺杆组件，使线性运动部件能被驱动而沿着一动力输入轴向直线往复运动，动力输出部件设于线性运动部件的轴向一侧且能沿着一动力输出轴向直线往复运动，动力输出轴向与动力输入轴向为同一轴向，弹性部件连接于线性运动部件与动力输出部件之间双向传递力量，及提供与动力输入轴向同轴向的弹力，由此，使其具备顺、逆向驱动及高扭矩密度比，且输入输出共轴，结构精简及能减少传递扭矩的损耗，且具备储能及冲击保护能力，而能应用于需与人或环境互动接触的机器人等领域。

Linear Series Elastic Actuator

A linear series elastic actuator consists of a linear driving mechanism, a power output component and an elastic component. The linear driving mechanism consists of a stepping motor, a screw component and a linear moving component. The stepping motor, combined with a linear moving component, connects the screw component so that the linear moving component can be driven to and to and fro along a power input axis in a straight line. The power output component is located in a linear motion. The dynamic component can move in a straight line along the axis of a power output. The power output axis and the power input axis are the same axis. The elastic component is connected to the linear moving component and the power output component to transfer the force in two directions, and provides the elastic force along the same axis with the power input axis. As a result, it has the advantages of forward and reverse driving, high torque density ratio and input transmission. Coaxial, compact structure and can reduce the loss of transmission torque. It also has the ability of energy storage and impact protection. It can be applied to robots that need to interact with people or the environment.

【技术实现步骤摘要】
线性串联弹性致动器
本专利技术涉及一种致动器，尤指一种适用于人形机器人、复健机构等
的线性串联弹性致动器。
技术介绍
现有工业机器人皆是以马达模块作为驱动器，但是因工业机器人的运动强调速度及刚性，故而使用机构较庞大的驱动器。但是，复健机器人、人形机器人或义肢机器人等，其运动速度及刚性的需求不如工业机器人高，而是着重于移动性与人机亲和性。因此，对于复健机器人、人形机器人或义肢机器人等使用的驱动器需有不同的思维，而应以轻量化的马达模块为主要设计考虑，因此需选用高扭矩密度比的马达。然而，目前已知复健机器人使用的马达模块仍沿袭工业机器人的设计思维，皆以直流有刷马达或直流无刷马达为主，其扭矩密度比不佳，难以对复健机器人、人形机器人或义肢机器人提供合适的驱动器。其次，现有驱动器中的马达模块是利用皮带轮组或齿轮组将马达输入轴提供的力量传递至螺杆输出轴，造成输入与输出不共轴，因而会增加马达扭矩传递的损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种线性串联弹性致动器，解决现有复健机器人等使用的直流有刷或无刷马达的扭矩密度比不佳，难以符合复健机器人轻量化需求，以及输入与输出不共轴导致马达扭矩传递的损耗等问题。为了达成前述目的，本专利技术所提出的线性串联弹性致动器包含：一线性驱动机构，其包含一步进马达、一螺杆组件以及一线性运动部件，该螺杆组件连接该步进马达，该线性运动部件设于该步进马达一侧且连接该螺杆组件，该线性运动部件能被该螺杆组件驱动而沿着一动力输入轴向直线往复运动；一动力输出部件，其设置于该线性运动部件的轴向一侧，且能沿着一动力输出轴向直线往复运动，该动力输出轴向与该动力输入轴向为同轴向；以及一弹性部件，其连接于该线性运动部件与该动力输出部件之间，并能提供与该动力输入轴向同轴向的弹力。如上所述的线性串联弹性致动器中，其包含一位移感测器，该位移感测器设于该弹性部件的一侧，且能感测该弹性部件的变形量而换算输出力量。通过前述线性串联弹性致动器的专利技术，其相比于现有线性致动器，本专利技术线性串联弹性致动器至少具备以下特点：1、兼具顺、逆向驱动及高扭矩密度比的功能：本专利技术于其线性驱动机构中使用步进马达作为动力源，该步进马达具备顺向与逆向驱动功能，同时还具备高扭矩密度比，价格便宜以及可靠度高等功能，具有良好的优势。2、具备精准力量控制功能：本专利技术利用连接于该线性运动部件与该动力输出部件之间的弹性部件的刚性较小，让步进马达能在弹性部件的变形量内轻易而精准地控制输出力量。3、输入输出共轴，结构精简化且能减少传递扭矩的损耗：本专利技术还利用其线性驱动机构中能被螺杆驱动的线性运动部件沿着一动力输入轴向直线往复运动，动力输出部件能沿着一动力输出轴向直线往复运动，该动力输出轴向与该动力输入轴向为同轴向，且连接于该线性运动部件与该动力输出部件之间的弹性部件能双向传递力量，并提供与该动力输入轴向同轴向的弹力，如此使输入的动力、输出动力以及弹力等三者的力量作用方向皆位于同一轴向上，使该线性串联弹性致动器的整体结构的安排较紧密，零部件数量少而具备结构精简化的特点，且步进马达能够直接驱动螺杆，并通过共轴的线性运动部件、弹性部件对动力输出部件输入力量，使动力输出部件产生直线运动，故能有效减少步进马达传递扭矩的损耗。4、具备尺寸小、轻量化的优势：承上所述，本专利技术利用输入输出共轴的机构创作，使该线性串联弹性致动器整体结构的安排较紧密，而具备尺寸小的特点，同时因零部件数量较少而具备结构精简化的特点，达到轻量化的优势。5、能普遍应用于需与人或环境互动接触的机器人等领域：本专利技术利用其线性串联弹性致动器的整体机构创作，其中利用弹性部件同轴连接于线性运动部件与动力输出部件之间双向传递力量，并能提供与该动力输入轴向同轴向的弹力，使其具备储能及冲击保护能力，对于特别强调移动性与人机亲和性等需与人或环境互动接触的机器人，例如复健机器人、人形机器人或义肢机器人等
，本专利技术线性串联弹性致动器确能提供优异的驱动基础，并能确保协动安全。本专利技术还能进一步使用一位移感测器设置于弹性部件的一侧，利用位移感测器感测该弹性部件的变形量而换算输出力量，使该线性串联弹性致动器能够利用低成本的位移感测器，产生更准确的顺向与逆向的力量控制的特性，而达到高扭矩密度及力量控制准确等优点。附图说明图1为本专利技术线性串联弹性致动器的第一较佳实施例的立体示意图。图2为图1所示线性串联弹性致动器第一较佳实施例的另一观视角度的立体示意图。图3为图1及图2所示线性串联弹性致动器第一较佳实施例的俯视平面示意图。图4为本专利技术线性串联弹性致动器的第二较佳实施例的立体示意图。图5为图4所示线性串联弹性致动器第二较佳实施例的另一观视角度的立体示意图。图6为图4及图5所示线性串联弹性致动器第二较佳实施例的俯视平面示意图。附图标记说明：1A、1B线性驱动机构10A、10B步进马达11B转子12A、12B螺杆组件121A、121B螺杆123A联轴器122B螺套13A、13B线性运动部件15A基板16A滑轨17A支撑架18A螺杆支撑座2A、2B动力输出部件21A通孔3A、3B弹性部件30A、30B弹簧5A、5B位移感测器21B通孔22B活动空间23B第一侧板24B第二侧板。具体实施方式如图1及图4所示，是揭示本专利技术线性串联弹性致动器的多种较佳实施例，由这些附图中可以见及，所述线性串联弹性致动器A、B包含一线性驱动机构1A、1B、一动力输出部件2A、2B以及一弹性部件3A、3B。如图1、图2及图3、图4所示，该线性驱动机构1A、1B包含一步进马达10A、10B、一螺杆组件12A、12B以及一线性运动部件13A、13B，该螺杆组件12A、12B连接该步进马达10A、10B，该线性运动部件13A、13B设于该步进马达10A、10B一侧且连接该螺杆组件12A、12B，该线性运动部件13A、13B能被该螺杆组件12A、12B驱动而沿着一动力输入轴向直线往复运动。如图1、图2及图3、图4所示，该动力输出部件2A、2B设置于该线性运动部件13A、13B的轴向一侧，且能沿着一动力输出轴向直线往复运动，该动力输出轴向与该动力输入轴向为同一轴向。如图1、图2及图3、图4所示，该弹性部件3A、3B连接于该线性运动部件13A、13B与该动力输出部件2A、2B之间双向传递力量，并能提供与该动力输入轴向同轴向的弹力。如图1至图3所示，于本专利技术线性串联弹性致动器A的第一较佳实施例中，该步进马达10A包含一驱动轴，该动力输出部件2A设于该线性运动部件13A与该步进马达10A之间，该动力输出部件2A中具有一通孔21A，该螺杆组件12A包含一螺杆121A及一螺套，该螺套设于该线性运动部件13A中，该螺杆121A通过该动力输出部件2A的通孔21A，该螺杆121A以一联轴器123A同轴连接该步进马达10A的驱动轴，该螺杆121A背向该步进马达10A的一端枢设于一螺杆支撑座18A中，该联轴器123A外侧设有一支撑架17A，该支撑架17A固定步进马达10A，该支撑架17A中具有一轴承座171A，该螺杆121A面向该步进马达10A的一端枢设于该支撑架17A的轴承座171A中，该螺杆121A螺接设于该线性运动部件13A中的螺套。如图1至图3所示，该线性串联弹性致动器A还包含至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线性串联弹性致动器，其包含：一线性驱动机构，其包含一步进马达、一螺杆组件以及一线性运动部件，该螺杆组件连接该步进马达，该线性运动部件设于该步进马达一侧且连接该螺杆组件，该线性运动部件能被该螺杆组件驱动而沿着一动力输入轴向直线往复运动；一动力输出部件，其设置于该线性运动部件的轴向一侧，且能沿着一动力输出轴向直线往复运动，该动力输出轴向与该动力输入轴向为同轴向；以及一弹性部件，其连接于该线性运动部件与该动力输出部件之间，并能提供与该动力输入轴向同轴向的弹力。

【技术特征摘要】
1.一种线性串联弹性致动器，其包含：一线性驱动机构，其包含一步进马达、一螺杆组件以及一线性运动部件，该螺杆组件连接该步进马达，该线性运动部件设于该步进马达一侧且连接该螺杆组件，该线性运动部件能被该螺杆组件驱动而沿着一动力输入轴向直线往复运动；一动力输出部件，其设置于该线性运动部件的轴向一侧，且能沿着一动力输出轴向直线往复运动，该动力输出轴向与该动力输入轴向为同轴向；以及一弹性部件，其连接于该线性运动部件与该动力输出部件之间，并能提供与该动力输入轴向同轴向的弹力。2.如权利要求1所述的线性串联弹性致动器，其中，该步进马达包含一转子，该动力输出部件设于该线性运动部件与该步进马达之间，该动力输出部件中具有一通孔，该螺杆组件包含一螺杆与一螺设于该螺杆上的螺套，该螺杆同轴连接该转子，且沿着该动力输入轴向通过该动力输出部件的通孔，该螺套组装设于该线性运动部件中，所述弹性部件包含一弹簧，该弹簧套设于该螺杆外侧，且该弹簧两端分别连接于该线性运动部件与该动力输出部件。3.如权利要求2所述的线性串联弹性致动器，其中，该线性串联弹性致动器还包含至少一滑轨，所述滑轨平行于该螺杆，该线性运动部件与该动力输出部件分别设置所述滑轨上，该螺杆背向该步进马达的一端枢设于一远端轴承座中。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝兆杰，
申请(专利权)人：蓝兆杰，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71