[發明專利]變剛度柔性驅動器

在審

• 申請號: 201810573909.4
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108714913A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 吳軍;陳代偉;張彬彬;付鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 李玉琦;張超艷

本發明公開了一種變剛度柔性驅動器，包括動力傳動機構、剛度調節機構和剛度輸出機構，所述動力傳動機構包括齒輪傳動機構和兩臺電機，兩臺電機并聯布置，向所述齒輪傳動機構輸入動力；所述剛度調節機構包括兩個四桿機構，每個所述四桿機構包括第一連桿、第二連桿、第三連桿和板簧，所述板簧上安裝有滑塊；所述剛度輸出機構包括剛度輸出軸、一對剛度輸出桿、外殼和支座，通過兩臺電機控制所述剛度輸出機構的輸出的平衡位置，以及滑塊在板簧上的位置，從而調節所述變剛度柔性驅動器的剛度。本發明通過雙板簧的雙四桿機構使得驅動器的剛度控制范圍變大，結構緊湊、尺寸小，易于控制。

技術領域

本發明涉及柔性驅動技術領域，具體地，涉及一種變剛度柔性驅動器。

背景技術

隨著人工智能軟件技術的快速發展，機器人研究也進入嶄新的階段，人們對服務機器人、仿生機器人以及康復機器人機械控制的要求越來越高，控制的快速性、安全性都是需要進一步提高。

在服務機器人、仿生機器人以及康復機器人領域，機器人的關節需要一定的柔順性，柔順性的增加不僅能夠提高能源效率，還能改善系統的動態特性。柔性驅動器通過在傳動機構中引入彈性元件，將剛性輸出變成柔性輸出。

柔性輸出的特點在于，彈性元件能夠在運行中儲存和釋放能量，即具有緩沖作用，使得機器人在與環境剛性碰撞沖擊后，能夠減小機械結構的損傷，不僅降低系統能耗，還提高了安全性。此外彈性元件的引入還能使機器人的步態更加自然和穩定，大大擴展了機器人的環境適應范圍。現有的變剛度柔性驅動器有著關節結構復雜、驅動元件和傳動機構不夠緊湊、調節范圍小等缺點。

發明內容

鑒于以上問題，本發明的目的是提供一種變剛度柔性驅動器，以解決現有變剛度柔性驅動器中關節結構復雜、驅動元件和傳動機構不夠緊湊、調節范圍小的問題，從而提高機器人能效、系統動態特性以及運行的穩定性和安全性。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述變剛度柔性驅動器，包括動力傳動機構、剛度調節機構和剛度輸出機構，所述動力傳動機構包括齒輪傳動機構和兩臺電機，兩臺電機并聯布置，每臺所述電機包括電機底座、電機主體和電機輸出軸，通過所述電機向所述齒輪傳動機構輸入動力；所述剛度調節機構包括兩個四桿機構，每個所述四桿機構包括第一連桿、第二連桿、第三連桿和板簧，所述板簧上安裝有滑塊，所述第一連桿的第一端與所述第三連桿鉸接，所述第一連桿的第二端與其中一個板簧上的滑塊鉸接，所述第二連桿的第一端與所述第三連桿鉸接，所述第二連桿的第二端與另一個板簧上的滑塊鉸接，所述第三連桿安裝在所述齒輪傳動機構上；所述剛度輸出機構包括剛度輸出軸、一對剛度輸出桿、外殼和支座，一對剛度輸出桿分別安裝在所述外殼的兩側，所述剛度輸出軸的兩端分別安裝在一對剛度輸出桿上，所述剛度輸出軸用于輸出剛度，所述板簧與所述外殼固定連接，所述外殼與所述支座鉸接，所述外殼用于將所述剛度調節機構和所述動力傳動機構封閉，兩臺電機同向轉動時，控制所述剛度輸出機構的輸出的平衡位置，兩臺電機異向轉動時，控制所述剛度調節機構中所述滑塊在所述板簧上的位置，從而調節所述變剛度柔性驅動器的剛度。

優選地，所述第三連桿是齒輪連桿，所述齒輪傳動機構包括主軸和兩個軸承，所述主軸的兩端與所述支座固定連接，所述齒輪連桿通過軸承安裝在所述主軸上，所述軸承的內圈與所述主軸配合，所述軸承的外圈與所述齒輪連桿配合，所述軸承的外端面通過螺母固定，所述電機底座固定在所述支座上，所述電機輸出軸與所述齒輪連桿的齒輪嚙合。

優選地，所述主軸中間位置的直徑大于兩側的直徑。

優選地，兩臺電機相對于所述主軸中心對稱。