[发明专利]一种变刚度弹性驱动器

说明书

本发明提供了一种变刚度弹性驱动器，其包括壳体组件、调柔装置和变刚结构，其中调柔装置相互平行且对称设置在输入轴的两侧，调柔装置包括传动组件和设置在传动组件两侧的弹性组件，传动组件与输入轴传动连接，以带动弹性组件沿预设路径压缩；变刚结构包括行星轮组和双向丝杠，行星轮组的太阳轮固设于输入轴上，行星轮组的两个行星轮啮合在太阳轮与内壳体之间，双向丝杠上螺纹连接有与行星轮卡接的滑块，滑块可沿双向丝杠滑动；调柔装置将输入轴输入的刚性力转换为可带动内壳体转动的柔性力，通过变刚结构的双向丝杠带动滑块移动，从而改变输出力矩，达到变刚度输出的目的；本发明适用领域广泛，可应用于机器人关节，多模态盾构机刀盘驱动装置等。

技术领域

本发明涉及驱动器技术领域，特别涉及一种变刚度弹性驱动器。

背景技术

为提高机械装备的柔顺性和自适应机制，作为机械装备核心部件的驱动传动装置也逐步向柔性化、自适应方向发展。其中，机器人向柔性化方向发展已成必然之势，而柔性关节在机器人柔性系统中占据80％-90％。由此看来，提高关节柔性对改善机器人的安全性、柔顺性、自适应性具有重要意义。动物关节由于具有优异的力学特性而倍受国内外学者关注，是目前的主要仿生研究对象。其中尤以变刚度弹性驱动器的研究最热，成果众多。

盾构机为适应复杂地质工况，已逐步由单模态土压平衡、泥水平衡盾构机向自适应多模态盾构机方向发展。因此，对盾构刀盘驱动装置提出自适应变刚度设计要求。而本发明提出的变刚度弹性驱动器在该领域也有着很好的应用前景。

从目前国内外研究情况来看，变刚度弹性驱动的研究成果众多。从结构类型、变刚度原理以及综合性能来看各有所长，其中优劣难以评判。一些驱动器结构紧凑、但刚度变化范围小；一些驱动器变刚特性良好，但柔性范围小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚度可调的弹性驱动器。

为实现上述目的，本发明提供了一种变刚度弹性驱动器，包括：壳体组件，包括同轴设置且可相对转动的内壳体和外壳体，所述外壳体与输出端连接，所述内壳体与输入轴传动连接；

调柔装置，相互平行地设置在所述内壳体上，所述调柔装置对称设置在所述输入轴的两侧，所述调柔装置包括传动组件和设置在所述传动组件两侧的弹性组件，所述传动组件与所述输入轴传动连接，以带动所述弹性组件沿预设路径压缩；

变刚结构，包括设置在所述内壳体上的行星轮组和设置在所述外壳体上的双向丝杠，所述行星轮组的太阳轮固设于所述输入轴上，所述行星轮组的两个行星轮啮合在所述太阳轮与所述内壳体之间，所述双向丝杠上螺纹连接有与所述行星轮卡接的滑块，所述滑块可沿所述双向丝杠滑动。

可选地，所述内壳体和所述外壳体均由转盘轴承支撑，所述外壳体的内圈与所述内壳体的外圈固定连接。

可选地，所述传动组件包括齿轮以及与所述齿轮啮合的齿条，所述齿轮固设于所述输入轴上，所述齿条滑动连接在所述内壳体上，所述所述弹性组件位于所述齿条的两侧。

可选地，所述调柔装置还包括导杆，所述导杆固设于所述内壳体上，所述齿条和所述弹性组件均套设在所述导杆上。

可选地，所述弹性组件包括螺旋弹簧。

可选地，所述行星轮组还包括支架，所述支架转动连接在所述输入轴上，所述行星轮转动连接在支架上。

可选地，所述内壳体的顶部具有内啮合齿轮，所述行星轮啮合在所述太阳轮和所述内啮合齿轮之间。

可选地，所述行星轮上固设有槽板，所述滑块与所述槽板卡接。

可选地，所述变刚结构还包括与所述双向丝杠传动连接的变刚电机，所述变刚电机设置在所述外壳体上。

可选地，所述输出端包括输出盖板，所述输出盖板与所述外壳体固定连接，所述输出盖板上设有输出轴。