[發明專利]一種基于繩驅動的超輸入柔性驅動器

有效

• 申請號: 202110219630.8
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN113154001B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 周鑫;黃澤強;李忠奎;段志生
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: F16H37/02
• 分類號: F16H37/02;F16H57/01;H02K7/10;H02K7/116
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明涉及一種基于繩驅動的超輸入柔性驅動器。本發明包括兩個柔性驅動器、鋁型材、滑軌和繩，第一柔性驅動器固定到鋁型材支座上，第二柔性驅動器固定到滑軌上，兩個柔性驅動器之間通過繩連接，實現兩個電機輸出一個移動自由度冗余驅動；本發明結構簡單，整體結構小巧、輕便，安裝方便，具有較好的動力學特性。由于傳動件采用繩驅動，大大降低了驅動器整體重量；由于引入電機超輸入，能夠同時保證驅動器輸出位置與輸出力矩達到預期值的功能；另外，通過編碼器檢測彈簧扭轉變形，能夠實時檢測驅動器輸出力的大小，并能夠起到一定的緩沖作用。

技術領域

本發明屬于驅動器技術領域，涉及一種基于繩驅動的超輸入柔性驅動器。

背景技術

對于傳統的剛性驅動器，由于其剛性結構，難以實現同時保證驅動關節的力與位置按照期望值進行準確控制；另外鑒于傳統驅動器結構特點，往往存在重量大，整體結構尺寸不夠緊湊等特點；對于可穿戴的驅動器而言，也同樣存在缺少對驅動力的緩沖，容易對穿戴者造成損傷。因此，通過引入超輸入的概念，即驅動數目多于實際需要自由度數目，改善驅動器的力/位置同時控制的難點；通過引入繩驅動的傳動方式，降低驅動器因機械傳動件帶來的重量問題；通過引入彈簧等柔性元件，解決人-機交互中的驅動力緩沖問題。綜上，本發明涉及一種基于繩驅動的超輸入柔性驅動器，可以很好改善現有驅動器難以同時實現力/位置控制、結構緊湊以及驅動力緩沖等一系列問題。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于繩驅動的超輸入柔性驅動器。

本發明包括兩個柔性驅動器、鋁型材、滑軌和繩，第一柔性驅動器固定到鋁型材支座上，第二柔性驅動器固定到滑軌上，兩個柔性驅動器之間通過繩連接，實現兩個電機輸出一個移動自由度冗余驅動；

柔性驅動器均包括電機外殼、電機、減速器、兩個編碼器、電機固定裝置、聯軸器、扭簧、滾筒、兩個傘齒輪、兩個光軸、四個套筒、四個軸承、五個端蓋；電機、減速器與電機固定裝置徑向配合，電機與電機外殼上的固定結構嚙合；第一編碼器與電機連接，通過在電機外殼上開孔外露；減速器輸出軸與第一傘齒輪相連，第一傘齒輪與第二傘齒輪嚙合，實現扭矩90度轉向輸出；第二傘齒輪與第一光軸相連；第一光軸穿過坐在電機外殼上的第一軸承的內圈，內圈一端設置第一套筒頂著第二傘齒輪，另一端設置第二套筒頂著第一光軸；

所述的第一軸承外圈與第一端蓋相連，第一端蓋固定在電機外殼上；第一光軸直徑呈階梯變化，將第二軸承套在第一光軸上，第二軸承外圈與第二端蓋相連，并將第二端蓋固定在電機外殼上，對第一光軸的軸向與徑向進行約束；將扭簧的輸入端穿過第一光軸上的小圈，輸出端穿過第二光軸上的小圈，通過扭簧將第一光軸輸出的扭矩傳遞給第二光軸將扭簧和第二光軸套在第一光軸輸出端上，通過扭簧將第一光軸輸出的扭矩傳遞給第二光軸；

所述的第二光軸的約束方式與第一光軸類似，依次為設置在第三端蓋內的第三套筒、第三軸承、第四套筒、第二光軸、設置在第四端蓋內的第四軸承；第三端蓋固定在第二端蓋上，第四端蓋固定第三端蓋上；用聯軸器將第二編碼器與第二光軸輸出軸連接，用以檢測彈簧的扭轉角度，實現力的反饋功能；聯軸器外套上滾筒，滾筒帶動繩與另一個相同結構的柔性驅動器連接驅動。

所述的滑軌包括基座和軌條，通過將柔性驅動器的電機外殼延伸部分嵌入軌道，實現柔性驅動器在確定方向上移動。

所述的鋁型材支座通過預留孔用螺釘與電機外殼延伸部分連接，將柔性驅動器完全固定在鋁型材支座上。

所述的電機外殼通過三個凸起與電機相連，固定電機通過螺釘與減速器上預留的螺紋孔連接。

所述的傘齒輪通過開孔用螺栓與軸連接。

所述的第二柔性驅動器和第一柔性驅動器中的電機輸出扭矩通過繩帶動柔性驅動器沿滑道移動，實現兩個電機輸出一個移動自由度。