一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器制造技术

本发明专利技术公开一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器，包括动力输入装置和传动装置。动力输入装置包括主电机支架，主电机定子，主电机转子，导电滑环和法兰联轴器，可为传动装置提供动力；传动装置包括柔顺传动机构和变阻尼调节机构，两者的输入端和输出端分别固联，总体构成弹簧与阻尼并联的传动结构关系，其中变阻尼调节机构内部设有T字型内部液路通道，可利用T字型内部液路通道内的流体进行流体传动从而改变转动活塞上的阻尼孔的节流口开度实现变阻尼。本发明专利技术的变阻尼调节机构可改变系统阻尼，利用阻尼有效抑制传动装置因引入弹性元件而产生的震荡，改善系统的动态性能，且当完全关闭阻尼孔的节流口时，本发明专利技术可由柔顺驱动器转化成刚性驱动器。

A flexible joint actuator with variable damping for robot

【技术实现步骤摘要】
一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器
本专利技术涉及机器人柔顺关节驱动器领域，具体涉及一种新型机器人变阻尼柔顺关节驱动器，可用于调节传统柔顺机器人关节的动态性能，且具有刚柔转换功能。
技术介绍
机器人柔顺关节驱动器是在传统的机器人纯刚性关节驱动器中引入柔顺单元使机器人具有天然柔顺性的一种机器人关节驱动器。由于具有天然柔顺性，机器人柔顺关节驱动器相比纯刚性的机器人关节驱动器具有较高的安全性，可以大量应用于各种在工作中需要进行人机交互的机器人本体中。但是柔顺关节驱动器在具有柔顺性的同时又会因为刚度不足产生系统震荡，使其难以控制，严重地影响了机器人的动态性能。为了提高机器人柔顺关节驱动器的动态性能，可以在传统机器人柔顺关节驱动器的基础上引入阻尼调节机构，利用物理阻尼抑制柔顺关节驱动器在柔顺传动中产生的系统震荡，但过高的阻尼又会在关节传动时消耗大量能量，因此研究可有效改善传统柔顺关节系统震荡的同时又可以根据需要改变阻尼大小的机器人变阻尼柔顺关节驱动器具有较大意义。近些年来人们也研究设计了一些机器人变阻尼柔顺关节驱动器，如通过改变电机输出端和负载之间库伦摩擦力的方式去模拟粘性阻尼的机器人变阻尼柔顺关节驱动器，以及通过机械连杆传动的机器人变阻尼柔顺关节驱动器。这些机器人变阻尼柔顺关节驱动器中，基于库伦摩擦力的驱动器耗能大，且无法彻底锁死关机的柔顺性，而基于机械连杆传动的驱动器则传动装置过于复杂，结构不紧凑，整体转动惯量大，应用场合受限。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器，可以显著地调节机器人因为引入柔顺单元而产生的系统震荡，在保证机器人柔顺性的同时提高机器人的动态性能，且可调节阻尼大小，当阻尼调至足够大时，可直接锁死关节的柔顺性，使其转变为纯刚性关节，满足不同应用场合的使用需求。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器，包括相互连接的动力输入装置和传动装置；所述动力输入装置包括主电机支架、主电机定子、主电机转子、导电滑环和法兰联轴器；所述主电机定子和主电机转子均为中空结构；所述主电机定子固定在主电机支架上，所述主电机转子通过法兰联轴器与所述传动装置的输入端固联，所述导电滑环安装在所述主电机转子的中空结构中，导电滑环一端的导线穿过所述主电机定子的中空结构连接外部电源和控制信号源，导电滑环另一端的导线随所述主电机转子转动且进入所述传动装置为阻尼调节电机提供电压和控制信号；所述传动装置包括柔顺传动机构、变阻尼调节机构、阻尼调节电机安装轴、左轴承、左轴承安装座、右轴承、右轴承安装座和外壳；所述阻尼调节电机安装于所述阻尼调节电机安装轴内并随阻尼调节电机安装轴一起转动，所述阻尼调节电机安装轴内部设为与所述阻尼调节电机外形匹配的中空结构，所述阻尼调节电机安装轴作为传动装置的输入端与所述主电机转子通过法兰联轴器固联；传动装置的输入端与输出端分别通过左轴承和右轴承与外壳连接，左轴承和右轴承分别使用左轴承安装座和右轴承安装座固定，传动装置的输入端和输出端能够相对外壳转动；所述柔顺传动机构的输入构件与所述变阻尼调节机构的输入构件连接，所述柔顺传动机构的输出构件与所述阻尼调节机构的输出构件连接，构成弹簧与阻尼并联的传动关系；所述柔顺传动机构的输入构件与传动装置的输入端连接，变阻尼调节机构的输出构件与传动装置的输出端连接。进一步的，所述柔顺传动机构包括弹簧臂板套筒、柔顺传动弹簧、弹簧固定座和转动基座，所述弹簧臂板套筒上设有三个等间距的弹簧臂板，所述弹簧臂板与固定在所述转动基座上的柔顺传动弹簧连接以带动转动基座转动实现柔顺传动。进一步的，所述变阻尼调节机构包括主传动轴、主活塞、阻尼调节活塞、回程弹簧、转动活塞和阻尼缸盖；所述主传动轴与所述转动活塞中间均设有贯通的内部液路通道，两者通过花键连接，构成T字型状，所述主传动轴的内部液路通道末端口与所述转动活塞的内部液路通道的中端连通，构成只有三个端口的T字型内部液路通道，所述主活塞安装在所述主传动轴内部液路通道的初始端，所述主活塞内部设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述阻尼调节电机的螺纹输出轴连接；所述阻尼调节活塞安装在所述转动活塞的内部液路通道的两个端口上，所述阻尼调节活塞上设有节流口阀门片，所述转动活塞上设有阻尼孔，所述节流口阀门片与所述阻尼孔的节流口贴合，用以调节所述阻尼孔的节流口开度；所述转动活塞安装在所述阻尼缸盖的阻尼腔内，所述阻尼腔内注满阻尼介质，所述阻尼腔内设有阻尼腔固定挡板，所述转动活塞与所述阻尼腔固定挡板交叉放置，并将所述阻尼腔分隔成四个独立的阻尼小腔，所述转动活塞可相对所述阻尼腔固定挡板转动，在相对转动时能够改变四个阻尼小腔的容积。进一步的，所述柔顺传动机构的输入构件弹簧臂板套筒与所述变阻尼调节机构的输入构件主传动轴通过平键连接固联，所述柔顺传动机构的输出构件转动基座与所述阻尼调节机构的输出构件阻尼缸盖通过螺钉连接固联，总体构成弹簧与阻尼并联的传动关系。进一步的，主电机转子与法兰联轴器的法兰端固联，法兰联轴器的另一端开有键槽，与所述阻尼调节电机安装轴通过平键连接，当主电机转子转动时通过法兰联轴器带动传动装置的输入端转动，完成驱动器的主运动。进一步的，所述转动基座的一端为圆平面结构，所述转动基座的圆平面结构与阻尼缸盖的底端贴合且通过阻尼腔密封O型圈密封。进一步的，所述主传动轴与所述转动基座之间设有中轴承和主传动轴密封O型圈，所述阻尼调节电机安装轴与外壳的左端之间设有所述左轴承和左轴承安装座，阻尼缸盖的输出轴与外壳的右端之间设有所述右轴承和右轴承安装座。进一步的，所述主电机定子内部设有编码器以检测主电机转子的转角和转速，所述传动装置的输出端同样设有编码器以检测驱动器实际输出端的转角和转速。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.本专利技术实现了利用变阻尼调节机构的阻尼来调节抑制柔顺传动机构因引入柔顺单元而产生的系统震荡的功能。在传动过程中，柔顺传动机构因为引入了柔顺传动弹簧，因而具有柔顺性，使用本专利技术作为驱动器的机器人在与外界环境交互时，如果受到突然冲击，传动弹簧可以吸收一部分冲击能量，较好地保护机器人本体以及外界环境，提高机器人的人机交互安全性，但是因为驱动器引入了弹性元件，驱动器的刚度降低，在传动过程中的系统震荡会加剧，驱动器的精度也会相应降低，而提高阻尼可以有效抑制系统震荡，但是过高的阻尼会消耗过多的能量，本专利技术的变阻尼调节机构的阻尼孔开度可以实时受到控制，即可以进一步控制系统的阻尼大小，在需要快速抑制系统震荡时可迅速调低阻尼孔开度增大阻尼以提高驱动器的精度，而在需要高效传动时则可调高阻尼孔开度减小阻尼以降低驱动器的系统响应时间和能耗，较大地提升柔顺驱动器的动态性能。2.本专利技术实现了驱动器在柔顺驱动与刚性驱动之间的刚柔转换，本专利技术将柔顺传动机构的输入构件和输出构件与变阻尼调节机构的输入构件和输出构件分别固联，形成弹簧与阻尼并联的传动关系。变阻尼调节机构的转动活塞上的阻尼孔可以被完全关闭，当阻尼孔没有完全关闭时，转动活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器，其特征在于，包括相互连接的动力输入装置和传动装置；所述动力输入装置包括主电机支架、主电机定子、主电机转子、导电滑环和法兰联轴器；所述主电机定子和主电机转子均为中空结构；所述主电机定子固定在主电机支架上，所述主电机转子通过法兰联轴器与所述传动装置的输入端固联，所述导电滑环安装在所述主电机转子的中空结构中，导电滑环一端的导线穿过所述主电机定子的中空结构连接外部电源和控制信号源，导电滑环另一端的导线随所述主电机转子转动且进入所述传动装置为阻尼调节电机提供电压和控制信号；/n所述传动装置包括柔顺传动机构、变阻尼调节机构、阻尼调节电机安装轴、左轴承、左轴承安装座、右轴承、右轴承安装座和外壳；所述阻尼调节电机安装于所述阻尼调节电机安装轴内并随阻尼调节电机安装轴一起转动，所述阻尼调节电机安装轴内部设为与所述阻尼调节电机外形匹配的中空结构，所述阻尼调节电机安装轴作为传动装置的输入端与所述主电机转子通过法兰联轴器固联；传动装置的输入端与输出端分别通过左轴承和右轴承与外壳连接，左轴承和右轴承分别使用左轴承安装座和右轴承安装座固定，传动装置的输入端和输出端能够相对外壳转动；所述柔顺传动机构的输入构件与所述变阻尼调节机构的输入构件连接，所述柔顺传动机构的输出构件与所述阻尼调节机构的输出构件连接，构成弹簧与阻尼并联的传动关系；所述柔顺传动机构的输入构件与传动装置的输入端连接，变阻尼调节机构的输出构件与传动装置的输出端连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器，其特征在于，包括相互连接的动力输入装置和传动装置；所述动力输入装置包括主电机支架、主电机定子、主电机转子、导电滑环和法兰联轴器；所述主电机定子和主电机转子均为中空结构；所述主电机定子固定在主电机支架上，所述主电机转子通过法兰联轴器与所述传动装置的输入端固联，所述导电滑环安装在所述主电机转子的中空结构中，导电滑环一端的导线穿过所述主电机定子的中空结构连接外部电源和控制信号源，导电滑环另一端的导线随所述主电机转子转动且进入所述传动装置为阻尼调节电机提供电压和控制信号；
所述传动装置包括柔顺传动机构、变阻尼调节机构、阻尼调节电机安装轴、左轴承、左轴承安装座、右轴承、右轴承安装座和外壳；所述阻尼调节电机安装于所述阻尼调节电机安装轴内并随阻尼调节电机安装轴一起转动，所述阻尼调节电机安装轴内部设为与所述阻尼调节电机外形匹配的中空结构，所述阻尼调节电机安装轴作为传动装置的输入端与所述主电机转子通过法兰联轴器固联；传动装置的输入端与输出端分别通过左轴承和右轴承与外壳连接，左轴承和右轴承分别使用左轴承安装座和右轴承安装座固定，传动装置的输入端和输出端能够相对外壳转动；所述柔顺传动机构的输入构件与所述变阻尼调节机构的输入构件连接，所述柔顺传动机构的输出构件与所述阻尼调节机构的输出构件连接，构成弹簧与阻尼并联的传动关系；所述柔顺传动机构的输入构件与传动装置的输入端连接，变阻尼调节机构的输出构件与传动装置的输出端连接。


2.根据权利要求1所述一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器，其特征在于，所述柔顺传动机构包括弹簧臂板套筒、柔顺传动弹簧、弹簧固定座和转动基座，所述弹簧臂板套筒上设有三个等间距的弹簧臂板，所述弹簧臂板与固定在所述转动基座上的柔顺传动弹簧连接以带动转动基座转动实现柔顺传动。


3.根据权利要求1所述一种机器人变阻尼柔顺关节驱动器，其特征在于，所述变阻尼调节机构包括主传动轴、主活塞、阻尼调节活塞、回程弹簧、转动活塞和阻尼缸盖；所述主传动轴与所述转动活塞中间均设有贯通的内部液路通道，两者通过花键连接，构成T字型状，所述主传动轴的内部液路通道末端口与所述转动活塞的内部液路通道的中端连通，构成只...

【专利技术属性】
技术研发人员：康荣杰，袁培康，焦宗夏，陈丽莎，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12