[發明專利]一種旋轉型串聯彈性驅動機構

有效

• 申請號: 202010020057.3
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111237417B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 李鵬;王勝強
• 申請（專利權）人: 廣東億嘉和科技有限公司
• 主分類號: F16H33/02
• 分類號: F16H33/02;F16H35/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 劉豐

本發明提供了一種旋轉型串聯彈性驅動機構，包括行星輪減速器總成，所述行星輪減速器總成包括減速器殼體、減速器內齒圈、太陽輪、行星輪，所述太陽輪、行星輪、減速器內齒圈依次嚙合，所述減速器殼體套設于減速器內齒圈外部；所述機構還包括動力回收彈性結構，所述動力回收彈性結構包括彈性元件，所述彈性元件安裝在所述減速器殼體和減速器內齒圈之間，并在兩個相互相反的運動方向上產生扭矩。本發明結構緊湊，體積小，尤其是軸向尺寸和傳統的減速器保持一致的同時，可以抵抗高沖擊載荷，實現儲存和釋放能量，避免執行機構的損壞，另一方面可通過控制形變量來實現力輸出，另外具有較低的力輸出阻抗和適當的控制帶寬，從而實現精確的力控制。

技術領域

本發明涉及機器人驅動技術領域，具體涉及一種旋轉型串聯彈性驅動機構。

背景技術

傳統的機器人關節設計理論認為，對于動力驅動裝置與關節鉸鏈之間的機械連接方式應優先考慮剛度較大的傳動機構。因此，在工業機器手臂、仿生多足機器人以及康復醫療假肢等關節機器人或智能機構的研究中，普遍采用電機輸出軸與關節機構進行剛性連接的驅動方案，其主要優勢在于機構裝配的簡易性、電機控制的精確性和運動響應的快速性，并能夠滿足操作和應用的基本任務要求。雖然這種關節剛性驅動方式具備技術成熟和發展完善的特點，但受電機性能的限制和機構剛度高的約束，造成剛性關節驅動機構的強魯棒性和弱適應性，對于機器人實現諸如柔順化動作、自調整接觸、低能耗運動等目標仍然存在一定的不足和缺憾。

但是近年來，隨著美國波士頓動力公司先后推出了BigDog和LS3等多款高性能仿生四足機器人，其腿部高度柔順性、靈活性、機動性和良好的綜合運動性能展示了足式機器人在野外環境下廣闊的應用前景。足式步行機器人與環境接觸時是一個關于足端反力的靜不定系統。因此，進行規劃和控制足式機器人的關節驅動力乃至足底力，是足式機器人在未知環境下穩定步行的基礎。因此選擇合適的關節驅動機構，并采用適當的算法精確控制關節力矩，對足式機器人實現在未知環境下的穩定步行具有重要意義。

在關節驅動機構方面，由于減速器在提高電機關節驅動機構力和能量密度的同時，增加了電機的輸出阻抗，增加了電機力控制動力學建模的復雜性和非線性，使得電機關節驅動機構進行精確力控制比較困難。同樣，液壓缸關節驅動機構方面，由于缸的摩擦、泄露、油液的非線性流動特性和關節驅動機構本身高的輸出阻抗，使得液壓關節驅動機構輸出準確的力變得很困難。而串聯彈性關節驅動機構(Series Elastic Actuators，SEA)很好的解決了精確力控制的問題。

串聯彈性關節驅動機構多以直線型和旋轉型為主，直線型串聯彈性機構采用滾珠絲桿將電機的旋轉運動轉化為直線運動，電機與滾珠絲杠通常有兩種布置方式，即同軸布置或者平行布置，這種布置方式體積較大，而旋轉型串聯彈性機構通常是在減速器輸出軸端和被驅動零件之間添加彈性元件，導致整個旋轉型串聯彈性機構的體積較大，能量密度低。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，研究并發明了一種旋轉型串聯彈性驅動機構，具有體積小的優點，尤其是當軸向尺寸和傳統的減速器保持一致時，能夠抵抗高沖擊載荷，實現儲存和釋放能量，另一方面可通過控制形變量來實現力輸出，另外具有較低的力輸出阻抗和適當的控制帶寬，從而實現精確的力控制。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種旋轉型串聯彈性驅動機構，包括行星輪減速器總成，所述行星輪減速器總成包括減速器殼體、減速器內齒圈、太陽輪、行星輪，所述太陽輪、行星輪、減速器內齒圈依次嚙合，所述減速器殼體套設于減速器內齒圈外部；所述機構還包括動力回收彈性結構，所述動力回收彈性結構包括彈性元件，所述彈性元件安裝在所述減速器殼體和減速器內齒圈之間，并在兩個相互相反的運動方向上產生扭矩。

進一步的，所述彈性元件的個數為一個，所述彈性元件環繞所述減速器內齒圈外表面，一端安裝在所述減速器殼體上，另一端安裝在減速器內齒圈之間，當所述彈性元件隨所述減速器內齒圈正轉或反轉而回卷時，均可產生扭矩。