【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及协作机械臂，具体地说是一种基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器。
技术介绍
1、随着现代制造业的发展和技术升级，一些生产任务不再适合完全由工业机械臂自动完成，需要人类的技能和智能介入。为了更加协调的与人类工作者合作，协作机械臂应运而生。由于人与协作臂在同一空间内工作，协作臂必须避免碰撞或降低碰撞的伤害，以获得较高的安全性。目前协作臂主要的安全措施有基于阻抗/导纳控制方法的软件层面主动柔顺方式，然而软件系统和传感器存在失效和延迟的可能，这导致协作臂不具有本质安全性。另一类安全措施是使用串联弹性驱动器或降低协作臂质量来本质上降低碰撞伤害，其代价是机械臂精度和性能的下降。而变刚度驱动器作为协作臂的关节可以兼顾以上二者。其可以根据外界环境主动改变刚度，在低刚度运行时，具有本质安全性；而提升刚度后，则可获得工业臂的高性能。然而目前主流的变刚度驱动器普遍具有变刚度范围小、变刚度可控性差、体积大等缺点，大大降低了协作臂对于不同工况的适应能力。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器。该变刚度驱动器能够优化滚子在簧片上的移动速度，从而使得刚度与滚子位置的关系曲线平滑，避免了刚度的急速上升，大大提高了刚度的可控性和可变刚度范围。四簧片圆周均等分布结构可以提高变刚度驱动器的稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，包括外壳、输出
4、所述变刚度组件包括簧片、反函数曲线滑槽、簧片连接架及滚子架组件，其中簧片连接架与所述外壳底部设有的挡板能够沿轴向滑动地连接；簧片连接架为十字型结构，且四个端部分别与四个簧片连接，每个簧片上均活动安装有一滚子架组件；
5、簧片连接架的周围均布有与所述外壳的底部固连的四组反函数曲线滑槽，每组反函数曲线滑槽与一滚子架组件活动连接，为滚子架组件的升降运动提供导向。
6、所述滚子架组件包括滑槽滚子、滚子连接架及簧片滚子，其中滚子连接架的内侧平行设有两个簧片滚子，且两个簧片滚子能够转动，所述簧片被夹持于两个簧片滚子之间；滚子连接架的外侧两端转动安装有两个滑槽滚子，两个滑槽滚子的轴线共线且与簧片滚子的轴线垂直；两个滑槽滚子容置于一组所述反函数曲线滑槽内。
7、所述反函数曲线滑槽的形状为一个象限内两端无限接近x轴和y轴但不会与坐标轴相交的反函数曲线构型。
8、所述丝杆动力组件包括电机、联轴器及丝杆，其中电机设置于所述外壳的底部外侧，且输出端通过联轴器与丝杆连接，丝杆通过丝母与所述簧片连接架连接，且丝杆的末端通过深沟球轴承与所述输出端盖连接。
9、所述输出端盖通过交叉滚子轴承与所述外壳连接。
10、本专利技术的优点与积极效果为：
11、1.本专利技术使用反函数曲线滑槽优化滚子在簧片上的移动速度，从而使得刚度与滚子位置的关系曲线平滑，避免了刚度的急速上升，提高了刚度的可控性。
12、2.本专利技术外力负载通过输出端盖作用在滚子上并传导至外壳底部，避免电机直接受力，降低了对电机的扭矩性能要求。
13、3.本专利技术利用四个簧片圆周均等分布结构，提高变刚度驱动器结构的稳定性。
14、4.本专利技术采用变刚度模块与位置控制模块串联设计，将二者控制解耦，降低了控制的复杂性。
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1.一种基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，包括外壳(1)、输出端盖(3)、变刚度组件(5)及丝杆动力组件(6)，其中变刚度组件(5)设置于外壳(1)内，且能够沿轴向移动；丝杆动力组件(6)设置于外壳(1)上，且与变刚度组件(5)连接，丝杆动力组件(6)为变刚度组件(5)的刚度变化提供驱动力；输出端盖(3)设置于外壳(1)的顶部且与外壳(1)和丝杆动力组件(6)转动连接，输出端盖(3)与变刚度组件(5)挤压配合。
2.根据权利要求1所述的基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，所述变刚度组件(5)包括簧片(501)、反函数曲线滑槽(502)、簧片连接架(503)及滚子架组件(504)，其中簧片连接架(503)与所述外壳(1)底部设有的挡板能够沿轴向滑动地连接；簧片连接架(503)为十字型结构，且四个端部分别与四个簧片(501)连接，每个簧片(501)上均活动安装有一滚子架组件(504)；
3.根据权利要求2所述的基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，所述滚子架组件(504)包括滑槽滚子(5041)、滚子连接架(5042)
4.根据权利要求2所述的基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，所述反函数曲线滑槽(502)的形状为一个象限内两端无限接近X轴和Y轴但不会与坐标轴相交的反函数曲线构型。
5.根据权利要求2所述的基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，所述丝杆动力组件(6)包括电机(601)、联轴器(602)及丝杆(603)，其中电机(601)设置于所述外壳(1)的底部外侧，且输出端通过联轴器(602)与丝杆(603)连接，丝杆(603)通过丝母与所述簧片连接架(503)连接，且丝杆(603)的末端通过深沟球轴承(4)与所述输出端盖(3)连接。
6.根据权利要求1所述的基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，所述输出端盖(3)通过交叉滚子轴承(2)与所述外壳(1)连接。
...【技术特征摘要】
1.一种基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，包括外壳(1)、输出端盖(3)、变刚度组件(5)及丝杆动力组件(6)，其中变刚度组件(5)设置于外壳(1)内，且能够沿轴向移动；丝杆动力组件(6)设置于外壳(1)上，且与变刚度组件(5)连接，丝杆动力组件(6)为变刚度组件(5)的刚度变化提供驱动力；输出端盖(3)设置于外壳(1)的顶部且与外壳(1)和丝杆动力组件(6)转动连接，输出端盖(3)与变刚度组件(5)挤压配合。
2.根据权利要求1所述的基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，所述变刚度组件(5)包括簧片(501)、反函数曲线滑槽(502)、簧片连接架(503)及滚子架组件(504)，其中簧片连接架(503)与所述外壳(1)底部设有的挡板能够沿轴向滑动地连接；簧片连接架(503)为十字型结构，且四个端部分别与四个簧片(501)连接，每个簧片(501)上均活动安装有一滚子架组件(504)；
3.根据权利要求2所述的基于反比例函数曲线优化的变刚度驱动器，其特征在于，所述滚子架组件(504)包括滑槽滚子(5041)、滚子连接架(5042)及簧片滚子(5043)，其中滚子连接架(5042)的内侧平行...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘新安，江畔，王洪光，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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