[發(fā)明專利]一種變剛度串聯(lián)彈性驅動裝置

有效

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• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113211428B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 劉克平;顧健;孫中波;許長賢;韓瑞澤;李婉婷;李麗
• 申請（專利權）人: 長春工業(yè)大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J18/00;B25J19/00;A61H3/00;H02K7/116
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• 代理人: 暫無信息

1.一種變剛度串聯(lián)彈性驅動裝置，其特征在于，包括：驅動機構、往復機構、第一編碼器、第二編碼器、彈性輸出機構、電源以及控制器；驅動機構主要由驅動電機、彈性聯(lián)軸器和蝸輪蝸桿減速器組成，驅動電機設置在蝸輪蝸桿減速器上；往復機構包括：軸承支架、滑軌支架、直線滑軌、滑塊和滾珠絲杠，直線滑軌固定在滑軌支架上，滾珠絲杠設置在軸承支架內，滾珠絲杠的一端通過彈性聯(lián)軸器與蝸輪蝸桿減速器中的蝸輪輸出端連接，滾珠絲杠的另一端通過軸承固定在軸承支架上并穿過軸承支架與第二編碼器連接，第一編碼器與蝸輪蝸桿減速器中的蝸輪輸入端連接，滑塊內設有螺紋通孔，滑塊通過滑槽與直線滑軌連接，滑塊通過滾珠絲杠轉動沿直線滑軌移動；彈性輸出機構包括：驅動器外殼、直線彈簧、橡膠塞、位移傳感器、記憶合金和方形滑臺，驅動器外殼的兩側凸起與驅動機構連接，軸承支架的內徑端穿過滾珠絲杠，兩端分別與方形滑臺和驅動器外殼過盈配合連接，橡膠塞設于驅動器外殼的兩側用于固定彈簧，彈性聯(lián)軸器將滾珠絲杠與蝸輪蝸桿減速器連接，滑塊固定在直線滑軌上，電源分別與控制器、編碼器和驅動電機連接，軸承支架、蝸輪蝸桿減速器支架和驅動電機支架都屬于支撐框架，滾珠絲杠兩端分別均勻固定搭載在兩側軸承支架上，軸承支架包括：橡膠塞、方形滑臺和連接凸起，橡膠塞安裝在軸承支架的兩側且與直線彈簧相配合，記憶合金與橡膠塞連接，方形滑臺底部與滑塊相連在直線滑軌上往復運動，往復機構，方形滑臺兩端設有直線彈簧，直線彈簧設有與滾珠絲杠相對應的滑動通孔，滑塊沿滾珠絲杠移動。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種變剛度串聯(lián)彈性驅動裝置，其特征在于，通過改變記憶合金中的電流改變溫度，從而改變記憶合金的長度，進而改變驅動裝置的剛性，位移傳感器通過螺紋固定在驅動器外殼上，通過直線軸承在蝸輪蝸桿減速器外殼上滑動。

3.根據(jù)權利要求1-2中任一項所述的一種變剛度串聯(lián)彈性驅動裝置的控制方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟S10，基于人體關節(jié)運動的分析，確定驅動電機的輸出模式，由生物力學分析計算出人體關節(jié)在整個運動周期內所需輔助力矩的大小，得到運動周期與輔助力矩對應關系，從而確定驅動電機理論輸出力矩；

步驟S20，通過驅動電機工作方式確定控制模式所需參數(shù)，從而確定記憶合金中的電流大小；

步驟S30，由第一編碼器和第二編碼器之間差值和彈性聯(lián)軸器的彈性系數(shù)計算出驅動電機實際輸出輔助力矩，再與理論力矩比較；

步驟S40，通過位移傳感器測量直線彈簧壓縮長度，計算出直線彈簧產(chǎn)生的彈力；

步驟S50，通過扭矩參數(shù)和控制模式所需參數(shù)確定修正驅動電機的PWM；

步驟S60，得到驅動電機輸出力矩下一步的變化方向；

通過控制器不斷在步驟S10到步驟S60循環(huán)，使得驅動電機輸出的輔助力矩能夠快速的跟隨人體關節(jié)變化。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種變剛度串聯(lián)彈性驅動裝置的控制方法，其特征在于，所述驅動電機的工作方式包括剛性輸出模式和柔性輸出模式。