可控的變剛度柔順驅動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可控的變剛度柔順驅動器。本發(fā)明包括動力輸入機構、剛度調節(jié)機構和動力輸出機構，所述的剛度調節(jié)機構包括兩臺帶閉環(huán)控制器的電機、兩根與電機相連的絲杠、兩塊螺母滑塊和兩片彈性簧片；每臺電機的輸出軸連接一根絲杠；絲杠與螺母滑塊的螺母端螺旋連接，螺母滑塊的滑塊端插入彈性簧片內，與彈性簧片滑動配合，彈性簧片一端固定連接在動力輸出機構上，與動力輸出機構固定連接成一體，剛度調節(jié)機構的外殼與動力輸入機構的驅動盤固定安裝。本發(fā)明具有很好抗沖擊能力和柔性動力特性，為機器人應用于復雜路況的運動建立了良好的基礎。
【專利說明】可控的變剛度柔順驅動器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于服務機器人【技術領域】，涉及一種可控的變剛度柔順驅動器。
【背景技術】
[0002]機器人技術涉及機械、電子、通信、計算機、自動化、傳感器及仿生學等多個學科和領域，是各領域先進技術的綜合。隨著機器人技術的發(fā)展，機器人從傳統(tǒng)的工業(yè)領域里被解放出來，進入了其他非工業(yè)領域。目前，機器人領域大多采用大力矩，高剛度的伺服電機作為驅動器。由于服務機器人與人的交互頗為頻繁，人類工作環(huán)境復雜多變，這對機器人提出了嚴苛的要求。工作中，在機械手接觸對象過程中應具有一定的位移容讓性，以保證對象的安全，在接觸對象后，應具有足夠的剛度，以保證操作精確可靠。
[0003]目前研究比較多的模型是在動力輸出與負載之間串聯(lián)彈性模塊，屬于被動柔性驅動器。從仿生學來說，人的動力是通過骨骼肌肉系統(tǒng)提供的，肌肉組織不但具有粘滯阻尼特性，還具有可變的剛度。因此，為了更好地模仿人類的運動以達到更高的安全性，更好的環(huán)境適應性以及更高的能量利用率的要求，本發(fā)明的產品可以改變服務機器人關節(jié)驅動器高剛度的特性，加入類彈簧結構，使驅動器具有一定的柔順性，使能更好的運用于服務機器人。
[0004]中國專利CN102189556A，帶緩沖彈簧和柔性軸套的氣動肌肉柔順肘關節(jié)裝置，它主要由前連桿、后連桿、關節(jié)轉軸、關節(jié)軸承、柔性軸套、氣動肌肉、緩沖機構、偏置彈簧。該發(fā)明利用氣動肌肉實現關節(jié)的柔順特性，同時在關節(jié)中加入緩沖彈簧和柔性軸套，能有效緩解沖擊并可擴展轉動關節(jié)的運動自由度。提高了關節(jié)的抗沖擊能力和工作性能。但同樣由于氣動肌肉本身的一些局限性，導致其不能滿足日益提高的對機器人的要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明針對現有技術的不足，提出一種可控的變剛度柔順驅動器。
[0006]本發(fā)明技術方案如下:
本發(fā)明包括動力輸入機構、剛度調節(jié)機構和動力輸出機構，所述的動力輸入機構包括諧波減速電機，諧波減速電機通過驅動轉盤將動力傳至剛度調節(jié)機構，剛度調節(jié)機構通過具有閉環(huán)控制器的控制電機調節(jié)剛度后將動力傳至動力輸出機構。
[0007]所述的剛度調節(jié)機構包括兩臺帶閉環(huán)控制器的電機、兩根與電機相連的絲杠、兩塊螺母滑塊和兩片彈性簧片；每臺電機的輸出軸連接一根絲杠；絲杠與螺母滑塊的螺母端螺旋連接，螺母滑塊的滑塊端插入彈性簧片內，與彈性簧片滑動配合，彈性簧片一端固定連接在動力輸出機構上，與動力輸出機構固定連接成一體，剛度調節(jié)機構的外殼與動力輸入機構的驅動盤固定安裝。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明由于在動力輸入和輸出之間串聯(lián)了作為彈性元件的簧片，動力輸入機構通過具有彈性特征的簧片把動力傳輸給輸出機構，由輸出機構再把動力輸送給需要動力的部件，因此本發(fā)明具有很好抗沖擊能力和柔性動力特性，為機器人應用于復雜路況的運動建立了良好的基礎。
[0009]本發(fā)明由于設置了兩對帶有閉環(huán)控制器的控制電機，控制器通過控制電機使得螺母滑塊在絲杠上運動到不同位置，進而改變具有彈性特征的簧片的有效工作長度，實現本發(fā)明柔性可控的目的。
[0010]本發(fā)明的控制器根據位移傳感器測量得到的當前螺母滑塊的位置，以此來控制電機驅動絲杠轉動，使螺母滑塊到達所要求的位置，從而實現本發(fā)明采用閉環(huán)控制螺母滑塊位置的目的，使本發(fā)明的柔性控制更準確可靠。本發(fā)明可以廣泛用于機器人領域的研究和應用中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明整體結構示意圖；
圖2為本發(fā)明關鍵部位示意圖；
圖3為本發(fā)明局部剖視圖；
圖4(a)為剛度調節(jié)機構與動力輸入機構連接端的示意圖；
圖4(b)為剛度調節(jié)結構與動力輸出機構連接端的示意圖
其中，1、彈性簧片；2、動力輸出機構；3、絲杠；4、螺母滑塊；5、諧波減速電機動力；6、驅動轉盤；7、螺釘；8、剛度調節(jié)機構；9、帶有閉環(huán)控制器的控制；10、電機外殼。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明包括一個動力輸入機構諧波減速電機5，一個剛度調節(jié)機構8，一個動力輸出機構2。選用諧波減速電機目的在于提供較大的傳動精度與扭矩的同時，具有體積小，重量輕的特點。由于本發(fā)明主要運用于機器人足部，工業(yè)機械手，智能假肢等機器人領域的研究和應用中。
[0014]如圖1所示，動力輸入機構諧波減速電機5通過驅動轉盤6將動力傳至剛度調節(jié)機構8，剛度調節(jié)機構8通過具有閉環(huán)控制器的控制電機9調節(jié)剛度后將動力傳至動力輸出機構2。
[0015]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的剛度調節(jié)機構8包括兩臺帶閉環(huán)控制器的控制電機9、兩根與電機相連的絲杠3、兩塊螺母滑塊4，兩片彈性簧片I?？刂齐姍C9的輸出軸連接一根絲杠3 ;絲杠3分別與螺母滑塊4螺旋連接，螺母滑塊4滑動端插入彈性簧片I內，彈性簧片I固定連接在動力輸出機構2上。剛度調節(jié)機構8的外殼10通過螺釘7與動力輸入機構的驅動盤6安裝固定，動力輸出機構2通過彈性簧片I與剛度調節(jié)機構中螺母滑塊柔性連接。
[0016]如圖4(a)所示，剛度調節(jié)機構的外殼10上有6個螺紋孔通過螺釘7和驅動轉盤6與諧波減速電機5進行安裝配合。
[0017]如圖4(b)所示，本發(fā)明可以調節(jié)輸出柔性的大小，工作時，控制電機9根據測量得到的當前螺母滑塊4的位置，通過計算得到螺母滑塊4應該調節(jié)的高度值，并將控制指令并反饋給電機9，電機9啟動通過絲杠3帶動兩螺母滑塊沿著簧片或上或下滑動，以改變簧片I的有效工作長度(兩螺母滑塊4位于絲杠3最下方時柔性最大)，從而使得柔性控制更準確可靠。
[0018]若諧波減速電機5工作時,帶動驅動轉盤6轉動,并帶動剛度調節(jié)機構中的外殼10轉動。外殼10發(fā)生轉動，擠壓彈性簧片I發(fā)生形變，彈性簧片I的形變驅使動力輸出機構2開始轉動，從而輸出動力。
[0019]若諧波減速電機5不工作，動力輸出機構2受到意外沖擊力時發(fā)生偏轉，柔性部件彈性簧片I收到擠壓，發(fā)生變形，但驅動轉盤6不轉動，保護了諧波減速電機5不被損壞。
[0020]根據機器人不同關節(jié)對柔順性的需求不同，可以改變剛度調節(jié)機構8中柔性部件彈性簧片I的剛度和厚度、電機9的靈敏度和滑塊4的位置高低來得到恰當的柔順特性。
[0021]當機器人同一個關節(jié)在不同時間對柔順性的需求不同的時候，亦可以通過啟動電機9，帶動滑塊4上下移動，進而方便的改變剛度調節(jié)機構8中柔性部件彈性簧片I的有效長度、剛度，實現關節(jié)的變剛度驅動和輸出負載曲線的柔順特性。
[0022]以上通過參考在附圖中表示的示例性實施例對本發(fā)明做了特別的展示和說明，對本領域的技術人員來說，應該明白，在不背離本發(fā)明的思想和范圍下做出在形式上和細節(jié)上的各種修改和改變，都將是對本發(fā)明專利的侵犯。因此本發(fā)明要保護的真正思想和范圍由所附的權利要求書來限定。
【權利要求】
1.可控的變剛度柔順驅動器，包括動力輸入機構、剛度調節(jié)機構和動力輸出機構，所述的動力輸入機構包括諧波減速電機，諧波減速電機通過驅動轉盤將動力傳至剛度調節(jié)機構，剛度調節(jié)機構通過具有閉環(huán)控制器的控制電機調節(jié)剛度后將動力傳至動力輸出機構，其特征在于: 所述的剛度調節(jié)機構包括兩臺帶閉環(huán)控制器的電機、兩根與電機相連的絲杠、兩塊螺母滑塊和兩片彈性簧片；每臺電機的輸出軸連接一根絲杠；絲杠與螺母滑塊的螺母端螺旋連接，螺母滑塊的滑塊端插入彈性簧片內，與彈性簧片滑動配合，彈性簧片一端固定連接在動力輸出機構上，與動力輸出機構固定連接成一體，剛度調節(jié)機構的外殼與動力輸入機構的驅動盤固定安裝。
【文檔編號】B25J17/02GK104029214SQ201410198859
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權日:2014年5月12日
【發(fā)明者】周建軍, 方珂匯, 陳耀, 王瑤煒, 葛天旻 申請人:杭州電子科技大學