[發(fā)明專利]一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置及變剛度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010524764.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN111775176B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 臧希喆;張璞;劉玉斌;劉剛峰;趙杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J17/00
• 分類號(hào): B25J17/00;B25J18/00;B25J19/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

1.一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：它包含第一直線驅(qū)動(dòng)器(1)、第二直線驅(qū)動(dòng)器、變剛度模塊、觸舌組件和機(jī)架(2)；

第一直線驅(qū)動(dòng)器(1)布置在機(jī)架(2)的一側(cè)，第一直線驅(qū)動(dòng)器(1)驅(qū)動(dòng)滑塊(4)在機(jī)架(2)上移動(dòng)；

機(jī)架(2)上設(shè)置有觸舌組件，觸舌組件包括觸舌(31)和彈簧(32)；彈簧(32)的兩端抵靠在觸舌(31)和機(jī)架(2)上，觸舌(31)可由滑塊(4)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)；所述觸舌(31)為U型板狀結(jié)構(gòu)，U型板插裝在機(jī)架(2)上，彈簧(32)抵靠在U型板內(nèi)底面上，U型板的上表面端部向外延伸有上沿(311)，變剛度模式下，滑塊(4)頂靠在所述上沿(311)上；

第二直線驅(qū)動(dòng)器包括由第二電機(jī)(51)驅(qū)動(dòng)的第二絲桿(52)，第二電機(jī)(51)固定在機(jī)架(2)的另一側(cè)，變剛度模塊包括模塊座(61)、軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)和兩個(gè)非線性彈簧(64)，第二絲桿(52)上套有可滑動(dòng)的模塊座(61)、軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)和兩個(gè)非線性彈簧(64)，軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)和呈拮抗布置的兩個(gè)非線性彈簧(64)布置于模塊座(61)內(nèi)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)旋向相同并旋擰于第二絲桿(52)上，軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)一側(cè)貼靠在模塊座(61)上，軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)鄰近第二電機(jī)(51)設(shè)置，其中一個(gè)非線性彈簧(64)兩端抵靠在軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)與其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)之間，另一個(gè)非線性彈簧(64)兩端抵靠在另一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)與模塊座(61)之間；

正常驅(qū)動(dòng)模式下，所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)與觸舌(31)相干涉而被觸舌(31)限制轉(zhuǎn)動(dòng)，變剛度模式下，其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)與第二絲桿(52)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)與觸舌(31)相干涉，滑塊(4)與驅(qū)動(dòng)螺母(63)的移動(dòng)方向平行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：所述第一直線驅(qū)動(dòng)器(1)包括第一電機(jī)(11)、第一絲桿(12)和第一螺母(13)；第一電機(jī)(11)安裝在機(jī)架(2)的上部，第一電機(jī)(11)的輸出端連接有第一絲桿(12)，第一螺母(13)旋擰于第一絲桿(12)上，第一螺母(13)與滑塊(4)固接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：所述非線性彈簧(64)為截錐螺旋彈簧、不等節(jié)距圓柱壓簧或者截錐渦卷彈簧。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：所述軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)為推力軸承。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)螺母(63)為多邊形螺母。

6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：每個(gè)所述驅(qū)動(dòng)螺母(63)一端面外緣延伸有垂直該端面的若干個(gè)限位筋(631)，非線性彈簧(64)大端布置在若干個(gè)限位筋(631)所在的端面內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：第二直線驅(qū)動(dòng)器的模塊座(61)抵靠第二電機(jī)(51)、第一螺母(13)運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)離第一電機(jī)(11)的B點(diǎn)時(shí)，滑塊(4)驅(qū)動(dòng)觸舌(31)移動(dòng)，直至到達(dá)極點(diǎn)C時(shí)，進(jìn)入變剛度模式，此時(shí)所述其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)與第二絲桿(52)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述另一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)與觸舌(31)干涉而被限制轉(zhuǎn)動(dòng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于：所述滑塊(4)和模塊座(61)分別沿安裝在機(jī)架(2)上的各自對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌(7)滑動(dòng)。

9.一種如權(quán)利要求1所述一種變剛度直線驅(qū)動(dòng)裝置的變剛度方法，其特征在于：所述變剛度方法包括：

一、正常驅(qū)動(dòng)模式

兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)均與觸舌干涉，當(dāng)?shù)诙z杠(52)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)在第二絲杠(52)作用下均軸向移動(dòng)，不隨第二絲杠(52)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)間距不變，實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng)裝置的位置輸出；

二、變剛度模式觸發(fā)前

第一直線驅(qū)動(dòng)器(1)驅(qū)動(dòng)滑塊(4)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，第二直線驅(qū)動(dòng)器上的驅(qū)動(dòng)螺母(63)帶動(dòng)模塊座(61)作與滑塊(4)相反的運(yùn)動(dòng)直至抵靠第二電機(jī)(51)，此時(shí)觸舌(31)依然阻礙兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)隨第二絲杠(52)轉(zhuǎn)動(dòng)；

三、觸發(fā)變剛度模式

第二直線驅(qū)動(dòng)器的模塊座(61)抵靠第二電機(jī)(51)、第一直線驅(qū)動(dòng)器(1)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)滑塊(4)運(yùn)動(dòng)到達(dá)特殊位置C點(diǎn)過程中，滑塊(4)推動(dòng)觸舌(31)移動(dòng)，進(jìn)入變剛度模式，到達(dá)特殊位置C點(diǎn)時(shí)靠近第二電機(jī)(51)的驅(qū)動(dòng)螺母(63)不再與觸舌(31)相接觸，而另一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)被觸舌(31)限制不能轉(zhuǎn)動(dòng)；

四、變剛度過程

第二直線驅(qū)動(dòng)器的第二絲杠(52)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二絲杠(52)與其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)間的滑動(dòng)摩擦力使其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)有轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)；模塊座(61)、軸向止推轉(zhuǎn)動(dòng)件(62)及其中一個(gè)非線性彈簧(63)間的滾動(dòng)摩擦使其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)有不跟隨第二絲杠(52)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，滾動(dòng)摩擦力和滑動(dòng)摩擦力共同作用下，其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)將隨第二絲杠(52)一同轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于另一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)，由于觸舌(31)的干涉不隨第二絲杠(52)轉(zhuǎn)動(dòng)而直線移動(dòng)，使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)的間距增加，非線性彈簧(63)初始?jí)嚎s量增加，第二直線驅(qū)動(dòng)器剛度增加，此時(shí)，滑塊(4)反向移動(dòng)，觸舌(31)在彈簧(32)的作用下復(fù)位后，從變剛度模式下退出，恢復(fù)第一直線驅(qū)動(dòng)器(1)的正常驅(qū)動(dòng)模式；如上的相反操作，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)螺母(63)間距減小，彈簧(32)初始?jí)嚎s量減小，驅(qū)動(dòng)剛度減小，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)變剛度調(diào)節(jié)。