[發明專利]一種變剛度直線驅動裝置及變剛度方法

有效

• 申請號: 202010524764.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111775176B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 臧希喆;張璞;劉玉斌;劉剛峰;趙杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J18/00;B25J19/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

一種變剛度直線驅動裝置及變剛度方法，它包含第一直線驅動器、第二直線驅動器、變剛度模塊、觸舌組件和機架；第一直線驅動器布置在機架的一側，第一直線驅動器驅動滑塊在機架上移動；機架上設置有觸舌組件，觸舌組件包括觸舌和彈簧；彈簧的兩端抵靠在觸舌和機架上，觸舌可由滑塊驅動移動；第二直線驅動器包括由第二電機驅動的第二絲桿，第二電機固定在機架的另一側，變剛度模塊包括模塊座、軸向止推轉動件、兩個驅動螺母和兩個非線性彈簧，軸向止推轉動件、兩個驅動螺母和呈拮抗布置的兩個非線性彈簧布置于模塊座內。本發明通過拮抗布置的非線性彈簧，調節剛度，實現驅動器的不同柔性，提高了驅動的適應性。

技術領域

本發明涉及一種變剛度裝置，具體涉及一種變剛度直線驅動裝置及變剛度方法。

背景技術

對于機器人的關節驅動器，根據作業任務不同，對驅動器的關節剛度需求往往也不相同。當關節需要高精度運行時，常常需要機器人關節有高的剛性，以保證運動的準確性；當執行插銷等對適應性要求高的作業時，往往希望驅動器有較高的柔性，以提高作業成功率，減少作業時間。因此，剛度調節是十分關鍵、重要的功能。可以調節剛度的關節驅動器可以使機器人適應更多的應用場景。具有變剛度驅動器的手爪，可以在高剛度狀態下實現物品的精確抓取，也可以在低剛度的狀態下抓取雞蛋、水果等易損壞的物品；具備可變剛度驅動器的機械臂，可以在高剛度模式下執行快速動作任務，也可以在低剛度模式下執行插銷等需要柔順性的任務。

傳統驅動器的變剛度實現主要是通過串聯一個剛度可調的彈性機構，通常采用額外增加驅動器的方式來改變剛度，或采用手動調節的方式。前者使得系統復雜，成本更高體積更大，而后者則需要人工參與，可用場景受限。

發明內容

本發明為克服現有技術不足，提供一種變剛度直線驅動裝置，該變剛度直線驅動裝置通過拮抗布置的非線性彈簧，改變彈簧初始壓縮量，調節剛度，實現驅動器的不同柔性，提高了驅動的適應性。

本發明的技術方案是：一種變剛度直線驅動裝置，它包含第一直線驅動器、第二直線驅動器、變剛度模塊、觸舌組件和機架；

第一直線驅動器布置在機架的一側，第一直線驅動器驅動滑塊在機架上移動；

機架上設置有觸舌組件，觸舌組件包括觸舌和彈簧；彈簧的兩端抵靠在觸舌和機架上，觸舌可由滑塊驅動移動；

第二直線驅動器包括由第二電機驅動的第二絲桿，第二電機固定在機架的另一側，變剛度模塊包括模塊座、軸向止推轉動件、兩個驅動螺母和兩個非線性彈簧，第二絲桿上套有可滑動的模塊座、軸向止推轉動件和兩個非線性彈簧，軸向止推轉動件、兩個驅動螺母和呈拮抗布置的兩個非線性彈簧布置于模塊座內，兩個驅動螺母旋向相同并旋擰于第二絲桿上，軸向止推轉動件一側貼靠在模塊座上，軸向止推轉動件鄰近第二電機設置，其中一個非線性彈簧兩端抵靠在軸向止推轉動件與其中一個驅動螺母之間，另一個非線性彈簧兩端抵靠在另一個驅動螺母與模塊座之間；

正常驅動模式下，所述兩個驅動螺母與觸舌相干涉而被觸舌限制轉動，變剛度模式下，其中一個驅動螺母與第二絲桿同步轉動，而另一個驅動螺母與觸舌相干涉，滑塊與驅動螺母的移動方向平行。

一種變剛度直線驅動裝置的變剛度方法包括：

一、正常驅動模式

兩個驅動螺母均與觸舌干涉，當第二絲杠轉動時，兩個驅動螺母在第二絲杠作用下均軸向移動，不隨第二絲杠轉動，兩個驅動螺母間距不變，實現直線驅動裝置的位置輸出；

二、變剛度模式觸發前

第一直線驅動器驅動滑塊運動到B點時，第二直線驅動器上的驅動螺母帶動模塊座作與滑塊相反的運動直至抵靠第二電機，此時觸舌依然阻礙兩個驅動螺母隨第二絲杠轉動；

三、觸發變剛度模式