[發明專利]一種電磁可控式柔性驅動裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202010729044.3
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111941413B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉克平;李婉婷;孫中波;張振國;金龍;段曉琴;易江;李巖;廉宇峰;劉帥師
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J9/16;B25J11/00;A61H1/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林

本發明公開了一種電磁可控式柔性驅動裝置及其控制方法，屬于機器人柔性驅動技術領域，包括:驅動機構、往復機構、電磁柔性機構、電源以及中央控制器；所述驅動機構主要由驅動電機和減速器組成，所述往復機構包括：支撐框架、滑動套筒和絲桿；所述電磁柔性機構包括：外殼、磁芯推桿、線圈、壓力傳感器和底座，所述電源分別與中央控制器、線圈、壓力傳感器和驅動電機電連接。本發明公開了一種電磁可控式柔性驅動裝置及其控制方法，通過磁芯推桿在通電線圈產生的感應磁場中受力提供彈力，通過控制器調節線圈電流，實現對電磁柔性機構的彈性系數的實時控制。與已知的柔性驅動相比，具有結構緊湊可靠、可調節范圍廣、調節方式靈活等特點。

技術領域

本發明公開了一種電磁可控式柔性驅動裝置及其控制方法，屬于機器人柔性驅動技術領域。

背景技術

當今世界，由于腦外傷、脊髓損傷、以及中風等疾病造成具有運動功能障礙的患者人數逐漸增多。這些患者不能如正常人一樣進行站立、行走、蹲起等日常活動，只能長期臥床或坐輪椅。長此以往，患者容易產生肌肉萎縮、肢體壓瘡等其他病癥。傳統的康復治療方法存在人員消耗大、康復周期長等問題。因此，康復機器人系統已成為國內外機器人領域的研究熱點。隨著機器人技術的不斷發展，人們對康復機器人的安全性、適應性、柔順性等特性的要求越來越高。柔性驅動裝置將剛性輸出變成柔性輸出，可產生緩沖作用，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并且提高人機交互的安全性。此外，柔性的引入還能使機器人的步態更加自然協調，擴展機器人的環境適應范圍。現有的柔性驅動裝置結構復雜、不易維護、調節范圍有限且柔性不可控，無法根據情況實時調節彈性系數。

基于上述背景，迫切需要一種電磁可控式柔性驅動裝置，以實現實時可控的機器人柔性驅動和靈活控制彈性系數的要求。

發明內容

本發明的目的在于解決現有驅動方式結構復雜、不易維護、調節范圍有限且柔性不可控，無法根據情況實時調節彈性系數的問題，提出一種結構緊湊可靠、可調節范圍廣、調節方式靈活的新型電磁可控式柔性驅動裝置及其控制方法。

本發明所要解決的問題是由以下技術方案實現的：

一種電磁可控式柔性驅動裝置，包括：驅動機構、往復機構、電磁柔性機構、電源以及中央控制器；

所述驅動機構主要由驅動電機和減速器組成，所述驅動電機設置在所述減速器上，所述往復機構包括：支撐框架、滑動套筒和絲桿，所述支撐框架包括：軸承支架、2-4個導桿和套筒支架，2-4個所述導桿一端穿過軸承支架固定在減速器上且與驅動電機同側，2-4個所述導桿另一端固定在套筒支架上，所述絲桿一端可旋轉設置在軸承支架內且通過減速器與驅動電機的主軸相連接，所述滑動套筒內設有螺紋通孔，所述滑動套筒一端設有大方臺，所述大方臺上設有與2-4個導桿相對應的滑動通孔，所述滑動套筒通過螺紋通孔與絲桿螺紋連接，所述絲桿轉動時，所述滑動套筒的大方臺能沿2-4個導桿移動；

所述電磁柔性機構包括：外殼、磁芯推桿、線圈、壓力傳感器和底座，所述外殼包括：支撐環和套筒，所述支撐環固定在套筒的一端上，所述支撐環設有電磁柔性通孔，所述磁芯推桿為帶有磁性階梯桿，所述磁芯推桿小徑端穿過電磁柔性通孔終止于大徑端連接處，所述線圈套設于磁芯推桿的大徑端上，所述壓力傳感器設置在套筒內且與線圈一端相接觸，所述底座固定在套筒的另一端，所述底座遠離外殼的一側設有螺紋連接桿，所述底座通過螺紋連接桿固定在滑動套筒的螺紋通孔遠離減速器的一端上，所述磁芯推桿大徑端長度小于線圈，所述電源分別與中央控制器、線圈、壓力傳感器和驅動電機電連接。

優選的是，所述大方臺與所述軸承支架外部輪廓隨型。

優選的是，所述磁芯推桿的小徑端直徑小于等于電磁柔性通孔內徑。

本發明還提供了上述電磁可控式柔性驅動裝置的控制方法，具體步驟如下：

步驟S10，確定驅動裝置工作方式及驅動電機參數，所述驅動裝置工作方式包括：補償驅動模式、定常驅動模式和匹配驅動模式；