[发明专利]一种基于一体式柔性铰链弹簧的串联弹性传动装置

说明书

本发明公开一种基于一体式柔性铰链弹簧的串联弹性传动装置，其特征是：由输入总成与输出总成两部分组成，所述输入总成包括滑动轴承、调节套筒、锁紧螺母、成对安装并预紧的轴承和一体式的输入板、中心轴，所述输出总成包括滚动轴承、固定螺钉和一体式的缓冲板、柔性铰链弹簧和输出板，所述输入总成与输出总成通过所述调节套筒连接并预紧，所述的输入板上沿圆周方向均匀设有m个轨道，在缓冲板上相同位置设有m个滚动轴承，并与所述轨道一一对应。本发明用柔性铰链弹簧替代传统的压簧，并通过整体加工技术，将多个需要装配的零件整合为一个整体加工而成的零件，从而避免装配误差与间隙，提高结构刚度与稳定性，提高传动精度。

技术领域

本发明属于柔性传动技术领域，特别涉及一种基于一体式柔性铰链弹簧的串联弹性传动装置。

背景技术

机器人与人或环境交互时，需要力控制技术。当前，机器人的力控制技术有：1.主动力控制技术，通过控制算法以及传感器信息来决定机器人关节的输入，使机器人对人或外部环境产生合适的输出力。2.被动力控制技术，通过设计弹性机构缓冲对外界的作用力。

驱动器是一种将其他形式的能量转化为力、力矩、速度或者转速的一种设备或机械装置。机器人驱动器应具备以下几方面特点：首先应该重量轻，输出功率大，能够拥有很高的能量密度，并且成本低。另外，与人或环境的交互过程中，拥有很好的力输出精度和较低的阻抗，以确保人的安全或环境不会受到破坏。最后，机器人在工作状态下，由于碰撞所产生的冲击能量应当通过一定的结构传递到驱动器中来，以提高机器人的抗冲载荷能力，避免机器人受到损伤。

柔性的驱动技术在目前机器人行业是一个亟须攻克的难题。目前对机器人的柔顺控制大多采用六维力传感器作为反馈单元，但由于六维力传感器价格较高，目前应用还不太广泛。串联弹性驱动是一种能够实现柔性输出的驱动单元，在驱动和执行模块之间添加弹性单元，使两者之间具有柔性缓冲。传统的串联弹性驱动器大多是以弹簧作为弹性单元，对力、力矩起到缓冲的作用。但以弹簧为弹性单元的串联弹性驱动器刚度不高、精度较差、稳定性较差，限制了其在机器人领域的应用。

如申请号201510945316.2的中国专利公开了基于压簧的线性串联弹性驱动器，其特征是：包括伺服电机、驱动器底座、轴承、轴承滚动底盘、压簧、铜柱、压簧固定底板、压簧固定顶板、负载连接单元、输出轴、联轴器和编码器，所述的伺服电机固定在驱动器底座上，伺服电机输出端通过法兰盘与轴承滚动底盘固定相连，压簧固定底板相对轴承滚动底盘一侧通过三个细轴安装有三个轴承，轴承滚动底盘上有线性轨道，三个轴承分别安装在对应的轨道内，压簧固定底板的另一侧安装有三个铜柱，每个铜柱上各套装一个压簧，三个铜柱的末端由压簧固定顶板相应位置所开圆孔中穿过并可相对移动，压簧固定顶板上固定安装输出轴，负载连接单元通过螺丝固定在输出轴侧面并留置负载安装孔，用以与负载相连接；输出轴的末端通过联轴器和编码器固定连接，编码器通过编码器底座固接在驱动器底座上。

该串联弹性驱动器里有三个弹簧，主要用于产生轴向的线性运动，在径向运动方向上，需要其具备较高的刚度，以有效传递输入板的运动，该设计中弹簧在径向的刚度较差，且在轴向的线性运动过程中，摩擦力较大；该串联弹性驱动器的整体刚度较差，会影响其运动精度和负载能力；该串联弹性驱动器的固定和预紧方式有缺陷，当有外力将输出板向输入板方向挤压时，输出板与输入板之间的距离会缩短，会影响精度；该串联弹性驱动器输入板与减速器的连接方式有缺陷，需要先将输入板连接至减速器，再组装串联弹性驱动器，在实际使用过程中十分不便，如果连接松动，也无法及时拧紧。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于一体式柔性铰链弹簧的串联弹性传动装置，用柔性铰链弹簧替代传统的压簧，并通过整体加工技术，将多个需要装配的零件整合为一个整体加工而成的零件，从而避免装配误差与间隙，提高结构刚度与稳定性，提高传动精度。