[發明專利]一種變剛度彈性驅動器

在審

• 申請號: 202010698689.5
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111716344A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 王才東;肖艷秋;劉曉麗;王新杰;鄭華棟;董祥升;劉建秀;崔光珍;王曼;王良文;王翊臣;牛震;許武威
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;F16H37/12
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 徐小淇

本發明提供了一種變剛度彈性驅動器，其包括殼體組件、調柔裝置和變剛結構，其中調柔裝置相互平行且對稱設置在輸入軸的兩側，調柔裝置包括傳動組件和設置在傳動組件兩側的彈性組件，傳動組件與輸入軸傳動連接，以帶動彈性組件沿預設路徑壓縮；變剛結構包括行星輪組和雙向絲杠，行星輪組的太陽輪固設于輸入軸上，行星輪組的兩個行星輪嚙合在太陽輪與內殼體之間，雙向絲杠上螺紋連接有與行星輪卡接的滑塊，滑塊可沿雙向絲杠滑動；調柔裝置將輸入軸輸入的剛性力轉換為可帶動內殼體轉動的柔性力，通過變剛結構的雙向絲杠帶動滑塊移動，從而改變輸出力矩，達到變剛度輸出的目的；本發明適用領域廣泛，可應用于機器人關節，多模態盾構機刀盤驅動裝置等。

技術領域

本發明涉及驅動器技術領域，特別涉及一種變剛度彈性驅動器。

背景技術

為提高機械裝備的柔順性和自適應機制，作為機械裝備核心部件的驅動傳動裝置也逐步向柔性化、自適應方向發展。其中，機器人向柔性化方向發展已成必然之勢，而柔性關節在機器人柔性系統中占據80％-90％。由此看來，提高關節柔性對改善機器人的安全性、柔順性、自適應性具有重要意義。動物關節由于具有優異的力學特性而倍受國內外學者關注，是目前的主要仿生研究對象。其中尤以變剛度彈性驅動器的研究最熱，成果眾多。

盾構機為適應復雜地質工況，已逐步由單模態土壓平衡、泥水平衡盾構機向自適應多模態盾構機方向發展。因此，對盾構刀盤驅動裝置提出自適應變剛度設計要求。而本發明提出的變剛度彈性驅動器在該領域也有著很好的應用前景。

從目前國內外研究情況來看，變剛度彈性驅動的研究成果眾多。從結構類型、變剛度原理以及綜合性能來看各有所長，其中優劣難以評判。一些驅動器結構緊湊、但剛度變化范圍小；一些驅動器變剛特性良好，但柔性范圍小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種剛度可調的彈性驅動器。

為實現上述目的，本發明提供了一種變剛度彈性驅動器，包括：殼體組件，包括同軸設置且可相對轉動的內殼體和外殼體，所述外殼體與輸出端連接，所述內殼體與輸入軸傳動連接；

調柔裝置，相互平行地設置在所述內殼體上，所述調柔裝置對稱設置在所述輸入軸的兩側，所述調柔裝置包括傳動組件和設置在所述傳動組件兩側的彈性組件，所述傳動組件與所述輸入軸傳動連接，以帶動所述彈性組件沿預設路徑壓縮；

變剛結構，包括設置在所述內殼體上的行星輪組和設置在所述外殼體上的雙向絲杠，所述行星輪組的太陽輪固設于所述輸入軸上，所述行星輪組的兩個行星輪嚙合在所述太陽輪與所述內殼體之間，所述雙向絲杠上螺紋連接有與所述行星輪卡接的滑塊，所述滑塊可沿所述雙向絲杠滑動。

可選地，所述內殼體和所述外殼體均由轉盤軸承支撐，所述外殼體的內圈與所述內殼體的外圈固定連接。

可選地，所述傳動組件包括齒輪以及與所述齒輪嚙合的齒條，所述齒輪固設于所述輸入軸上，所述齒條滑動連接在所述內殼體上，所述所述彈性組件位于所述齒條的兩側。

可選地，所述調柔裝置還包括導桿，所述導桿固設于所述內殼體上，所述齒條和所述彈性組件均套設在所述導桿上。

可選地，所述彈性組件包括螺旋彈簧。

可選地，所述行星輪組還包括支架，所述支架轉動連接在所述輸入軸上，所述行星輪轉動連接在支架上。

可選地，所述內殼體的頂部具有內嚙合齒輪，所述行星輪嚙合在所述太陽輪和所述內嚙合齒輪之間。

可選地，所述行星輪上固設有槽板，所述滑塊與所述槽板卡接。

可選地，所述變剛結構還包括與所述雙向絲杠傳動連接的變剛電機，所述變剛電機設置在所述外殼體上。

可選地，所述輸出端包括輸出蓋板，所述輸出蓋板與所述外殼體固定連接，所述輸出蓋板上設有輸出軸。