[发明专利]一种旋转型串联弹性驱动机构

说明书

本发明提供了一种旋转型串联弹性驱动机构，包括行星轮减速器总成，所述行星轮减速器总成包括减速器壳体、减速器内齿圈、太阳轮、行星轮，所述太阳轮、行星轮、减速器内齿圈依次啮合，所述减速器壳体套设于减速器内齿圈外部；所述机构还包括动力回收弹性结构，所述动力回收弹性结构包括弹性元件，所述弹性元件安装在所述减速器壳体和减速器内齿圈之间，并在两个相互相反的运动方向上产生扭矩。本发明结构紧凑，体积小，尤其是轴向尺寸和传统的减速器保持一致的同时，可以抵抗高冲击载荷，实现储存和释放能量，避免执行机构的损坏，另一方面可通过控制形变量来实现力输出，另外具有较低的力输出阻抗和适当的控制带宽，从而实现精确的力控制。

技术领域

本发明涉及机器人驱动技术领域，具体涉及一种旋转型串联弹性驱动机构。

背景技术

传统的机器人关节设计理论认为，对于动力驱动装置与关节铰链之间的机械连接方式应优先考虑刚度较大的传动机构。因此，在工业机器手臂、仿生多足机器人以及康复医疗假肢等关节机器人或智能机构的研究中，普遍采用电机输出轴与关节机构进行刚性连接的驱动方案，其主要优势在于机构装配的简易性、电机控制的精确性和运动响应的快速性，并能够满足操作和应用的基本任务要求。虽然这种关节刚性驱动方式具备技术成熟和发展完善的特点，但受电机性能的限制和机构刚度高的约束，造成刚性关节驱动机构的强鲁棒性和弱适应性，对于机器人实现诸如柔顺化动作、自调整接触、低能耗运动等目标仍然存在一定的不足和缺憾。

但是近年来，随着美国波士顿动力公司先后推出了BigDog和LS3等多款高性能仿生四足机器人，其腿部高度柔顺性、灵活性、机动性和良好的综合运动性能展示了足式机器人在野外环境下广阔的应用前景。足式步行机器人与环境接触时是一个关于足端反力的静不定系统。因此，进行规划和控制足式机器人的关节驱动力乃至足底力，是足式机器人在未知环境下稳定步行的基础。因此选择合适的关节驱动机构，并采用适当的算法精确控制关节力矩，对足式机器人实现在未知环境下的稳定步行具有重要意义。

在关节驱动机构方面，由于减速器在提高电机关节驱动机构力和能量密度的同时，增加了电机的输出阻抗，增加了电机力控制动力学建模的复杂性和非线性，使得电机关节驱动机构进行精确力控制比较困难。同样，液压缸关节驱动机构方面，由于缸的摩擦、泄露、油液的非线性流动特性和关节驱动机构本身高的输出阻抗，使得液压关节驱动机构输出准确的力变得很困难。而串联弹性关节驱动机构(Series Elastic Actuators，SEA)很好的解决了精确力控制的问题。

串联弹性关节驱动机构多以直线型和旋转型为主，直线型串联弹性机构采用滚珠丝杆将电机的旋转运动转化为直线运动，电机与滚珠丝杠通常有两种布置方式，即同轴布置或者平行布置，这种布置方式体积较大，而旋转型串联弹性机构通常是在减速器输出轴端和被驱动零件之间添加弹性元件，导致整个旋转型串联弹性机构的体积较大，能量密度低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，研究并发明了一种旋转型串联弹性驱动机构，具有体积小的优点，尤其是当轴向尺寸和传统的减速器保持一致时，能够抵抗高冲击载荷，实现储存和释放能量，另一方面可通过控制形变量来实现力输出，另外具有较低的力输出阻抗和适当的控制带宽，从而实现精确的力控制。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种旋转型串联弹性驱动机构，包括行星轮减速器总成，所述行星轮减速器总成包括减速器壳体、减速器内齿圈、太阳轮、行星轮，所述太阳轮、行星轮、减速器内齿圈依次啮合，所述减速器壳体套设于减速器内齿圈外部；所述机构还包括动力回收弹性结构，所述动力回收弹性结构包括弹性元件，所述弹性元件安装在所述减速器壳体和减速器内齿圈之间，并在两个相互相反的运动方向上产生扭矩。

进一步的，所述弹性元件的个数为一个，所述弹性元件环绕所述减速器内齿圈外表面，一端安装在所述减速器壳体上，另一端安装在减速器内齿圈之间，当所述弹性元件随所述减速器内齿圈正转或反转而回卷时，均可产生扭矩。