[实用新型]一种机器人关节的旋转弹性驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人关节的驱动器，特别涉及一种机器人关节的旋转弹性驱动器。属于机器人领域。

背景技术

仿生驱动技术是近年来机器人领域的研究热点。人体的行走运动是由多块肌肉有节律的收缩，以驱动骨骼绕关节协同运动的结果，是控制系统（神经系统)与运动载体(人肢体)衍生出的复杂的运动，故借鉴人体运动机理进行仿人机器人关节驱动器的研究对提高仿人机器人行走的稳定性与柔韧性具有重要意义。

目前，基于人体运动仿生机理进行的关节弹性驱动器设计主要有：1.直线型弹性驱动器。采用电机、液压缸，通过丝杆螺母副组合弹簧实现机器人关节的驱动。2.旋转型弹性驱动器。采用电机，通过钢丝绳或锥齿轮组合弹簧实现机器人关节的驱动。作为仿人机器人系统中的关节驱动器，首先应该具有重量轻、输出功率及力矩满足系统需求、造价低、可靠性高等特点。同时要想实现仿人机器人更好的仿生运动效果，其驱动器还需具有较低的机械输出阻抗、能适应较大的控制带宽，类似肌肉工作原理一样具有较好的自然柔顺性与缓冲功能。

现阶段，弹性驱动器主要以电机与液压缸作为驱动源，驱动源与弹性元件进行串联，具有高能量密度、对外界冲击负载实现缓冲的优点，但仍存在体积大，重量重、功率/重量比偏低等不足，而弹性驱动器的微型化，对弹性驱动器的应用起着至关重要的作用。 

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种体积小、重量轻、功率/重量比偏高的机器人关节的旋转弹性驱动器。

为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案是：一种机器人关节的旋转弹性驱动器，包括第一关节臂、第二关节臂、回转油缸、涡旋弹簧，回转油缸的缸体与第一关节臂相连接，回转油缸的传动轴与涡旋弹簧相连接，涡旋弹簧与第二关节臂相连接。在传动轴与第二关节臂之间加装涡旋弹簧做缓冲器,有效地减缓了速度突变,减轻了系统在正反转换向瞬间受到的冲击,提高了系统寿命的同时, 由于涡旋弹簧的储能、释能的特点，节能效果十分明显。在仿人机器人行走过程中，足部是唯一与地面接触的部位，地面反力和反力矩通过足部作用于仿人机器人腿部，而本发明涉及的这种驱动方式能有效缓冲仿人机器人行走过程中足部与地面之间接触碰撞产生的冲击力。涡旋弹簧也具有体积小的特点。回转油缸与液压缸的原理是一样的，回转油缸的转动轴可以作小于360度的旋转，回转油缸具有体积小、输出扭矩大的特点，非常适合作为驱动器。

优选地：涡旋弹簧与第二关节臂之间还安装有传动部件，传动部件一侧与涡旋弹簧相连接，另一侧与第二关节臂相连。

优选地：涡旋弹簧与传动轴之间还安装有传动部件，传动部件的一侧与传动轴相连接，传动部件的另一侧与涡旋弹簧相连接。

优选地：传动部件为卡盘，卡盘上有沿圆周方向排列的凸起，涡旋弹簧的内圈上有与凸起相配合的凹槽，所述凸起安装在涡旋弹簧上的凹槽中。

优选地：回转油缸为中空回转油缸。回转油缸包括中空油缸及中实油缸，使用中空油缸可以进一步减轻旋转弹性驱动器的重量。

优选地：中空回转油缸采用薄壁轻型中空回转油缸。

优选地：涡旋弹簧的圈数为一圈。

优选地：涡旋弹簧为板弹簧。

有益效果：本发明的一种面向仿人机器人下肢关节的旋转弹性驱动器是一种采用主被动相结合的驱动方式。主动元件为中空回转油缸，被动元件为涡旋弹簧，充分利用涡旋弹簧的储能、释能的特点，实现对机构的缓冲作用，具有低功耗的特点；本发明涉及的机构相对简单，易于制造，重量较轻，能耗低，经济性好。

本发明属于一种旋转型弹性驱动器。其特点是用薄壁轻型回转油缸组合涡旋弹簧实现机器人关节的驱动。回转油缸具有体积小、输出扭矩大的特点，且涡旋弹簧也具有体积小、缓冲效果好等特点，使得由回转油缸组合涡旋弹簧形成的旋转弹性驱动器具有机构紧凑、低阻抗、重量轻、能耗低等优点。

附图说明

图1是第一种实施例的结构示意图。

图2是第二种实施例的结构示意图。

图3是驱动器的主视图。

图4是驱动器的侧视图。

图5是驱动器的俯视图。

图6是驱动器的剖视图。

附图标记名称如下：

1、缸体；2、涡旋弹簧；3、卡盘；4、第二关节臂；5、第一关节臂；6、油孔；7、螺栓；8、螺栓；9、传动轴；10、螺栓。

具体实施方式

结合图1-6，对本发明的具体方案做进一步描述。