串联弹性驱动器制造技术

本发明专利技术属于机器人驱动器技术领域，旨在解决串联弹性驱动器无法进行外界阻力矩限制以及在受到外部撞击后需要人工修复的问题；本发明专利技术提供了一种串联弹性驱动器，包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，输入装置用于提供动力以驱动力矩限制装置、输出装置运动；力矩限制装置包括主动支撑装置，依次套设于其上的第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片，以及设置于第二摩擦片远离第一摩擦片的一侧且用于调控第一摩擦片、第二摩擦片与从动支撑装置之间摩擦力矩的压紧装置；输出装置包括弹性元件、输出轴，弹性元件设置于输出轴与第二摩擦片之间以传递动力。本发明专利技术公开的串联弹性驱动器具有力矩限制装置，无需人工修复，结构紧凑性，安全性高。

【技术实现步骤摘要】
串联弹性驱动器
本专利技术属于机器人驱动器
，具体涉及一种串联弹性驱动器。
技术介绍
驱动装置作为机器人系统运动和驱动力的输入单元，其性能优劣对机器人系统的整体性能具有很大影响。传统机器人多采用刚性驱动器，能够精确的传递运动，而人或其它动物的驱动装置是肌肉组织，具有柔顺性，导致传统机器人系统在运动、安全与能源效率等方面远远不及人或其它动物，因此刚性驱动器已经阻碍高性能机器人的发展。为了解决这个问题，研究人员提出一种模拟生物肌肉的柔顺性驱动器--串联弹性驱动器，其主要是在驱动装置与末端执行器之间增加具有弹性和阻尼特性的装置，解除驱动装置和末端执行器之间的耦合关系，同时使串联弹性驱动器输出力与其形变量、相对速度成一定关系。与传统的刚性驱动器相比，串联弹性驱动器具有被动柔顺性、阻抗低、抗冲击、力感知、精确力控制等优点，但是现有技术中公开的串联弹性驱动器存在无源偏转极限(即现有串联弹性驱动器中采用的弹簧、扭簧等弹性元件存在最大偏转角)，导致串联弹性驱动器在撞击等情况下由于无源偏转极限的存在易引起力矩急剧增大，从而造成机器人系统等的损害；此外，现有技术中公开的串联弹性驱动器在应对外部力矩大于驱动器力矩的情况时，通常采用装置脱离以保护驱动装置，重新使用时需要人工修复归位，结构复杂，操作繁琐。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决串联弹性驱动器无法进行外界阻力矩限制以及在受到外部撞击后需要人工修复的问题，本专利技术提供了一种串联弹性驱动器，包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，所述输入装置用于提供动力以驱动所述力矩限制装置、所述输出装置运动；所述力矩限制装置包括主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置；所述主动支撑装置的动力输入端与所述输入装置的动力输出端连接；所述第一摩擦片、所述从动支撑装置和所述第二摩擦片依次套设于所述主动支撑装置；所述压紧装置设置于所述第二摩擦片远离所述第一摩擦片的一侧，用于调控所述第一摩擦片、所述第二摩擦片与所述从动支撑装置之间的摩擦力矩；所述输出装置包括弹性元件、输出轴，所述弹性元件设置于所述输出轴与从动支撑装置之间以传递动力。在一些优选实例中，所述压紧装置包括从动装置压板、碟簧和碟簧压紧装置，所述从动装置压板套设于所述主动支撑装置远离所述输入装置的一端，用于压紧所述第二摩擦片；所述碟簧、所述碟簧压紧装置依次设置于所述从动装置压板远离所述第二摩擦片的一侧，且所述碟簧套设于所述碟簧压紧装置；所述碟簧压紧装置远离所述输出装置的一端通过涨紧滑动轴承与所述主动支撑装置连接。在一些优选实例中，所述从动装置压板包括第一端部、第二端部，所述第一端部和所述第二端部形成圆台结构且所述第一端部的直径大于所述第二端部的直径；所述圆台结构的中间开设有贯通结构，所述贯通结构包括第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段和第二直线段，所述第一圆弧段和所述第二圆弧段、所述第一直线段和所述第二直线段分别相对设置；所述第一端部上设置有凸台结构，所述凸台结构的内径与所述第二摩擦片的外径一致。在一些优选实例中，所述从动装置压板通过第二移动滑动轴承套设于所述主动支撑装置的端部；所述第二移动滑动轴承的外侧设置有与所述贯通结构相适配的第一外侧圆弧段、第一外侧直线段、第二外侧圆弧段和第二外侧直线段。在一些优选实例中，所述碟簧压紧装置包括第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段，所述第一轴段、所述第二轴段、所述第三轴段和所述第四轴段依次连接并构成外径依次增大的中空阶梯轴；所述第一轴段设置于所述主动支撑装置的内部，所述第一轴段的外部设置有一对平直段；所述第二轴段的长度小于所述第一轴段长度；所述第三轴段的外径与所述碟簧的内径相适配，用于承载所述碟簧；所述第四轴段的外径大于所述碟簧的内径，用于对所述碟簧止挡限位。在一些优选实例中，所述串联弹性驱动器还包括内六角螺栓；所述主动支撑装置为中空阶梯轴结构；所述内六角螺栓设置于所述中空阶梯轴结构的内部，且与所述第一轴段内部设置的螺纹段螺纹连接，用于固定所述碟簧压紧装置。在一些优选实例中，所述串联弹性驱动器还包括输入支撑支座和输出支撑支座，所述输入支撑支座设置于所述力矩限制装置远离所述输出装置的一端，并与所述力矩限制装置通过第一支撑滑动轴承连接；所述输出支撑支座设置于所述输出装置远离所述力矩限制装置的一端，并与所述输出装置通过第三支撑滑动轴承连接。在一些优选实例中，所述输出装置包括轴体和凸柄，所述凸柄设置于所述轴体周向外侧，用于传递动力至设定目标；所述轴体的一端与所述压紧装置通过第二支撑滑动轴承连接，所述轴体的另一端与所述输出支撑支座连接；所述轴体为阶梯轴结构；所述轴体远离所述力矩限制装置的一端开设圆孔，用于容纳与所述输出支撑支座的外侧设置的可编程角度传感器相配套的磁铁，用于检测所述输出装置的角度变化量。在一些优选实例中，所述输入装置包括动力装置，所述动力装置通过传动装置与所述力矩限制装置传动连接；所述传动装置包括驱动绳轮、钢丝绳和输入绳轮，所述驱动绳轮设置于所述动力装置的输出轴；所述输入绳轮设置于所述主动支撑装置；所述驱动绳轮、所述输入绳轮上均设置有两个用于容纳对应所述钢丝绳的凹槽，用于传递所述动力装置正转和反转的驱动力矩。在一些优选实例中，所述输入装置通过传动装置与所述力矩限制装置传动连接；所述传动装置包括鲍登线缆装置，所述鲍登线缆装置的一端与所述主动支撑装置连接，另一端与所述动力装置连接。本专利技术的有益效果为：1)通过本专利技术提供的串联弹性驱动器中力矩限制装置，能够限制该串联弹性驱动器在应用于机器人关节实际中受到撞击时所产生的撞击力矩峰值，提高串联弹性驱动器的柔顺性以及与外界交互的安全性；同时通过设置的第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置，可实现在应用中受到外部撞击后的摩擦力矩传递失效保护，在负载阻力矩小于动力驱动力矩后自动恢复摩擦力矩工作状态，无需人工修复。2)在本专利技术中采用圆环形橡胶弹簧作为力矩限制装置与输出装置之间的弹性元件，充分利用橡胶弹簧力矩-体积比大、力矩-质量比大以及外形灵活多表的特点，可使负载机器人的驱动部件小型化、轻量化；同时能够降低对负载的控制难度，以及降低负载机器人运动过程中的震动现象。3)通过本专利技术中的主动支撑装置、压紧装置的中空螺纹设置，可通过内六角螺栓灵活设置力矩限制装置对应的限制力矩极限值，实现该串联弹性驱动器的应用多场合。4)本专利技术提供的串联弹性驱动器结构简单、紧凑、安全性高，同时便于维修。5)本专利技术可通过采用电机直连方式或者电机-钢丝绳连接方式可应用于仿生灵巧手、蛇形机器人；或者，采用电机-鲍登线连接方式可应用于手部康复外骨骼机器人，利用鲍登线传动结构可以把电机放置于手掌之外，减轻手部负载，进一步提高负载精确训练或者应用。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联弹性驱动器，其特征在于，该串联弹性驱动器包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，所述输入装置用于提供动力以驱动所述力矩限制装置、所述输出装置运动；/n所述力矩限制装置包括主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置；所述主动支撑装置的动力输入端与所述输入装置的动力输出端连接；所述第一摩擦片、所述从动支撑装置和所述第二摩擦片依次套设于所述主动支撑装置；所述压紧装置设置于所述第二摩擦片远离所述第一摩擦片的一侧，用于调控所述第一摩擦片、所述第二摩擦片与所述从动支撑装置之间的摩擦力矩；/n所述输出装置包括弹性元件、输出轴，所述弹性元件设置于所述输出轴与所述从动支撑装置之间以传递动力。/n

【技术特征摘要】
1.一种串联弹性驱动器，其特征在于，该串联弹性驱动器包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，所述输入装置用于提供动力以驱动所述力矩限制装置、所述输出装置运动；
所述力矩限制装置包括主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置；所述主动支撑装置的动力输入端与所述输入装置的动力输出端连接；所述第一摩擦片、所述从动支撑装置和所述第二摩擦片依次套设于所述主动支撑装置；所述压紧装置设置于所述第二摩擦片远离所述第一摩擦片的一侧，用于调控所述第一摩擦片、所述第二摩擦片与所述从动支撑装置之间的摩擦力矩；
所述输出装置包括弹性元件、输出轴，所述弹性元件设置于所述输出轴与所述从动支撑装置之间以传递动力。


2.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述压紧装置包括从动装置压板、碟簧和碟簧压紧装置，所述从动装置压板套设于所述主动支撑装置远离所述输入装置的一端，用于压紧所述第二摩擦片；所述碟簧、所述碟簧压紧装置依次设置于所述从动装置压板远离所述第二摩擦片的一侧，且所述碟簧套设于所述碟簧压紧装置；所述碟簧压紧装置远离所述输出装置的一端通过涨紧滑动轴承与所述主动支撑装置连接。


3.根据权利要求2所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述从动装置压板包括第一端部、第二端部，所述第一端部和所述第二端部形成圆台结构且所述第一端部的直径大于所述第二端部的直径；所述圆台结构的中间开设有贯通结构，所述贯通结构包括第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段和第二直线段，所述第一圆弧段和所述第二圆弧段、所述第一直线段和所述第二直线段分别相对设置；
所述第一端部上设置有凸台结构，所述凸台结构的内径与所述第二摩擦片的外径一致。


4.根据权利要求3所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述从动装置压板通过第二移动滑动轴承套设于所述主动支撑装置的端部；
所述第二移动滑动轴承的外侧设置有与所述贯通结构相适配的第一外侧圆弧段、第一外侧直线段、第二外侧圆弧段和第二外侧直线段。


5.根据权利要求2所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述碟簧压紧装置包括第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段，所述第一轴段、所述第二轴段、所述第三轴段和所述第四轴段依次连接并构成外径依...

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，侯增广，谭民，孙宁，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11