[發(fā)明專利]一種帶冷卻的直線串聯(lián)彈性執(zhí)行器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211087793.6
• 申請(qǐng)日: 2022-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN115411884A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙憶文;范詩瑤;姜運(yùn)祥;羅陽;趙新剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): H02K9/193
• 分類號(hào): H02K9/193;H02K7/06;H02K11/21;H02K11/215;H02K5/24
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說是一種帶冷卻的直線串聯(lián)彈性執(zhí)行器，電機(jī)軸的一端安裝于電機(jī)殼內(nèi)，另一端插設(shè)于冷卻裝置中，電機(jī)轉(zhuǎn)子連接于電機(jī)軸的另一端，電機(jī)定子位于電機(jī)轉(zhuǎn)子外側(cè)、并固接于冷卻裝置內(nèi)；滾珠絲杠的絲杠螺母連接于電機(jī)軸一端的內(nèi)部，滾珠絲杠的一端由電機(jī)軸、冷卻裝置穿出，另一端通過絲杠支撐安裝于電機(jī)殼內(nèi)；電機(jī)殼的一端與冷卻裝置相連，另一端通過導(dǎo)向軸連接有后面連接件，執(zhí)行器支架滑動(dòng)安裝在導(dǎo)向軸上，并與電機(jī)殼及后面連接件之間均設(shè)有壓縮彈簧，電機(jī)殼與后面連接件之間安裝有直線電位計(jì)，執(zhí)行器支架通過電位計(jì)連接桿與直線電位計(jì)相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、輕量化小型化、可持續(xù)高功率輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說是一種帶冷卻的直線串聯(lián)彈性執(zhí)行器。

背景技術(shù)

直線串聯(lián)彈性執(zhí)行器作為一種新型執(zhí)行器受到機(jī)器人學(xué)術(shù)界以及企業(yè)的大量關(guān)注，被用于各種需要彈性的機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，如雙足步行機(jī)器人，上肢機(jī)構(gòu)，四足仿生機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)或外骨骼。

現(xiàn)有執(zhí)行機(jī)構(gòu)可采用四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：電源(電動(dòng)或液壓)、傳動(dòng)系統(tǒng)彈性(剛性或彈性)、傳動(dòng)系統(tǒng)類型(直接、諧波執(zhí)行、滾珠螺桿等)和冷卻類型(空氣或液體)，其中，最強(qiáng)大的解決方案之一是結(jié)合液壓，液體冷卻，剛性和直接驅(qū)動(dòng)。這可實(shí)現(xiàn)高功率重量和扭矩重量比，關(guān)節(jié)位置可控性和沖擊容限。然而，水力學(xué)的能效較低，主要是因?yàn)樗鼈冃枰嗟哪芰哭D(zhuǎn)換。通常，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)泵，泵壓縮液壓油，由液壓伺服閥調(diào)節(jié)，最終使液壓活塞施加力。這個(gè)過程中的每個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生一些效率損失，而總損失可能非常顯著。

盡管串聯(lián)彈性執(zhí)行器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)中,但是直線串聯(lián)彈性執(zhí)行器仍然面臨著精確力感知、參數(shù)選擇等方面的不足問題。另外，與剛性驅(qū)動(dòng)裝置相比，因串聯(lián)彈性執(zhí)行器增加柔性裝置以及位置傳感器,導(dǎo)致其體積、重量以及成本較高。因此，促進(jìn)串聯(lián)彈性執(zhí)行器的小型化、輕量化以及降低設(shè)計(jì)成本的同時(shí)提高執(zhí)行器的連續(xù)輸出功率,是一個(gè)有待探究的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有直線串聯(lián)彈性執(zhí)行器存在的上述缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種帶冷卻的直線串聯(lián)彈性執(zhí)行器。該彈性執(zhí)行器通過液體冷卻提高了執(zhí)行器的連續(xù)輸出功率，并通過機(jī)構(gòu)的合理布置使得結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小；同時(shí)通過測量彈性體的形變量，可獲取執(zhí)行器的受力情況，實(shí)現(xiàn)精確的力控制。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括電機(jī)殼、電機(jī)組件、絲杠組件、冷卻裝置、壓簧組件及直線電位計(jì)，其中電機(jī)組件包括電機(jī)軸、電機(jī)定子及電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述絲杠組件包括滾珠絲杠及絲杠支撐，所述電機(jī)軸的一端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于電機(jī)殼內(nèi)，另一端插設(shè)于所述冷卻裝置中，所述電機(jī)定子及電機(jī)轉(zhuǎn)子均容置于冷卻裝置內(nèi)，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子連接于電機(jī)軸另一端的外表面，所述電機(jī)定子位于電機(jī)轉(zhuǎn)子外側(cè)、并固接于所述冷卻裝置上；所述滾珠絲杠的絲杠螺母連接于電機(jī)軸一端的內(nèi)部，所述滾珠絲杠的一端由電機(jī)軸、冷卻裝置穿出，所述滾珠絲杠的另一端通過絲杠支撐安裝于電機(jī)殼內(nèi)；所述壓簧組件包括壓縮彈簧、執(zhí)行器支架及導(dǎo)向軸，所述電機(jī)殼的一端與冷卻裝置相連，另一端通過所述導(dǎo)向軸連接有后面連接件，所述執(zhí)行器支架滑動(dòng)安裝在導(dǎo)向軸上，所述執(zhí)行器支架與電機(jī)殼及后面連接件之間均設(shè)有壓縮彈簧，所述電機(jī)殼與后面連接件之間設(shè)有測量執(zhí)行器支架與電機(jī)殼相對(duì)位移的直線電位計(jì)，所述直線電位計(jì)安裝于電機(jī)殼上，所述執(zhí)行器支架通過電位計(jì)連接桿與直線電位計(jì)相連。

其中：所述冷卻裝置包括冷卻套及電機(jī)冷卻外殼，所述冷卻套與電機(jī)殼的一端密封連接，所述電機(jī)冷卻外殼嵌套于冷卻套內(nèi)，所述電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子均容置于電機(jī)冷卻外殼內(nèi)部，所述電機(jī)冷卻外殼的外表面上沿軸向開設(shè)有螺旋水槽，所述冷卻套上分別開設(shè)有入水口及出水口，所述入水口及出水口分別與螺旋水槽相連通。

所述電機(jī)冷卻外殼的外表面上還分別開設(shè)有密封槽A及密封槽B，所述螺旋水槽、入水口及出水口均位于密封槽A與密封槽B之間，所述密封槽A及密封槽B內(nèi)分別安裝用于與冷卻套形成密封的O型密封圈。