[发明专利]一种变刚度柔性驱动器

说明书

本发明公开了一种变刚度柔性驱动器，包括变刚度机构、变支点行星轮系、差动行星轮系和作为支撑的驱动器支撑机构，变刚度机构包括输出轴、输出连杆和三个盘，其中，输出连杆、盘一和盘三与输出轴之间固连，盘二与输出轴活动链接，盘一和盘三上设有尺寸相同的两个弧形槽孔，盘二上设有与弧形槽孔对应的槽孔，槽孔内安装有导轨和弹簧，导轨上滑块分别伸入到盘一和盘三的弧形槽孔内，杠杆一端与输出连杆固定相连，另一端通过第一支点活动安装盘三上，杠杆还通过中部设置的滑槽与变支点行星轮系活接，通过变支点行星轮系使得杠杆力臂发生变化，从而改变输出刚度，本发明可以实现变刚度和固定位置同时调节，其变刚度变化具有连续性。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种驱动器，具体涉及一种变刚度柔性驱动器。

背景技术

随着现代机器人技术的快速发展，未来新型智能机器人在人类社会的各个方面应用呈现快速增长趋势。新型智能机器人可协助人类甚至完全替代人类工作，完成康复医疗任务或增强人类活动能力等。而传统刚性直驱的机器人关节，存在能耗多、柔性不足、无法避免外界冲击、在实现人机交互时易导致伤害等不足。电机驱动具有速度变化范围大、效率高、转动惯性小、速度和位置精度高等优点，采用电机驱动的变刚度柔性驱动器可以很好的解决上述问题。

目前，国内外对于变刚度驱动器的研究，已取得一些不错的，是还是存在一些问题：变刚度驱动器刚度可节范围较小、机构复杂不够紧凑、难以实现连续旋转。

经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利申请号201010283564.2，该技术工开一种变刚度柔性关节，包括微型驱动单元、电机支架、弹性单元，通过改变弹性元件的有效长度来改变刚度，但是弹性的有效长度改变有限，刚度改变的范围有限。

中国专利申请号20150355179.7，该技术公开了一种刚度可调的柔性关节驱动机构，包括驱动端、调整端和柔性关节，采用曲斜面-转轮配合结构实现变刚度，能够实现驱动器的刚度从极大柔性到完全刚性的改变，但该机构结构复杂，尺寸偏大。

中国专利申请号201510072095.2，该技术公开了一种可同步调整位移式变刚度关节驱动器，包括基座，摇臂位置控制组件，变刚度调整组件，角度偏差测量组件，利用阿基米德螺旋线盘改变板簧受力第二支点位置达到变刚度目的，结构比较紧凑，刚度范围较大，但难以实现输出的连续旋转。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，开发一种新型的变刚度柔性驱动装置，核心是开发一种基于可变第二支点的槽凸轮盘片+双行星轮系式变刚度柔性驱动器。该设计通过调节杠杆的第二支点位置，改变杠杆的力臂长度，进而改变驱动器的输出刚度，实现刚度的大范围调节，理论上可实现驱动器的零刚度和完全刚性，通过两台直流伺服电机能够实现驱动器的输出位置和输出刚度的实时同步的调节。

本发明采用了一种利用槽凸轮盘片间相对偏转实现对称压缩弹簧的结构，以及双行星轮系（变支点行星轮系和差动行星轮系）。其中：变支点行星轮系用于调节第二支点位置，改变杠杆力臂，实现输出刚度的改变；差动行星轮系用于协调输出位置与输出刚度的独立控制，便于实现连续旋转输出。与其他的变刚度柔性驱动器相比，本发明的刚度调节范围更大，理论上可实现从零刚度到完全刚性可调输出，槽凸轮形状可根据不同应用目标对输出刚度曲线进行修整优化，可实现连续旋转输出，同时这种设计结构紧凑，双行星轮系配合使用使驱动器的运动控制更准确、可靠性更高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种变刚度柔性驱动器，其特征在于：包括驱动器支撑机构、变刚度机构和变支点机构，所述驱动器支撑机构包括驱动器支撑座、驱动器前盖、驱动器外壳和驱动器后盖，所述驱动器外壳固定安装在驱动器支撑座上，驱动器前盖和驱动器后盖分别安装在驱动器外壳前后两端，所述变刚度机构和变支点机构通过间隙配合安装在驱动器外壳内；