[发明专利]基于可变支点的对称式变刚度柔性驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及变刚度驱动器，具体地指一种基于可变支点的对称式变刚度柔性驱动器。

背景技术

在机器人领域，运动驱动的方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动等，而电机驱动具有精度高、控制准确、响应迅速等优势，成为一种主要的驱动方式。随着机器人技术的发展，康复辅助机器人和助力机器人的研究也越来越受到了重视，这些机器人在人机交互的过程中要求更高的安全性和对环境更好的适应能力。而传统的电机驱动是刚性的，在人机交互过程中有可能对人体造成伤害，并且对环境的适应性较差。采用可变刚度的柔性驱动器可以很好的解决这一问题。

在设计变刚度驱动器的过程中，考虑可能的应用环境，应使结构紧凑、合理，同时应具有较大的刚度调节范围，调节功能易于实现，还有比较快的响应特性。目前，国内外在变刚度驱动器这一领域已有一些不错的成果，但是还是存在一些问题：变刚度驱动器机构复杂、刚度调节范围小。

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201310119858.5，该技术公开了一种可变刚度的机器人关节驱动器，包括关节驱动电机、刚度调节部件、输出端，利用金属柔性齿条实现了刚度的调节，结构比较紧凑，刚度范围比较大，但是结构比较复杂，刚度调节的过程复杂。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种结构紧凑、调节范围大的基于可变支点的对称式变刚度柔性驱动器。

为了实现上述目的，本发明所设计的基于可变支点的对称式变刚度柔性驱动器，包括动力输入机构、刚度调节机构和动力输出机构，其特殊之处在于：

所述刚度调节结构设置有两套，沿动力输出机构的中心对称布置，所述刚度调节机构包括杠杆、支点柱、滑块和直线导轨，所述杠杆一端铰接在动力输出机构上，所述杠杆上下面分别设置有顶面滑槽和底面滑槽，所述支点柱一端与顶面滑槽配合连接，另一端连接在动力输入机构上，且与动力输入机构之间设置有支点调节结构，所述支点调节结构用于调节支点柱相对于动力输入机构的驱动轴轴向的位置，所述滑块与底面滑槽配合连接且套接在直线导轨上，所述直线导轨连接在动力输出机构上，所述直线导轨上还套接有两段弹簧，所述两段弹簧分别位于滑块两侧。

进一步地，所述动力输入机构包括位置伺服电机和盘状的驱动器底座，所述驱动器底座通过联轴器安装在位置伺服电机的驱动轴上。通过联轴器和驱动器底座，把动力的轴输出改为盘输出，便于后续动力的传递。

更进一步地，所述的支点调节结构包括刚度伺服电机、传动齿轮和刚度调节齿轮；所述传动齿轮连接在刚度伺服电机的输出轴上，与刚度调节齿轮啮合，所述刚度调节齿轮通过轴承连接在动力输出机构的输出轴上，所述刚度调节齿轮上设置有阿基米德螺旋线槽，所述驱动器底座上设置有径向调节槽，所述支点柱另一端依次穿过阿基米德螺旋线槽和径向调节槽。通过阿基米德螺旋曲线槽，把刚度调节齿轮转过的角度线性的转化为支点柱在径向调节槽中的位置，便于对支点柱位置的控制。在调节过程中，支点柱在阿基米德螺旋曲线槽中旋转一个角度时，支点柱在径向调节槽中的位置微小距离，提高支点柱位置的调节精度。

再进一步地，所述支点柱上设置有支点顶盖，所述支点顶盖位于杠杆和刚度调节齿轮之间。

再进一步地，所述动力输出机构包括带有旋转编码器的输出轴，所述输出轴上还设置有杠杆支撑架，所述两个对称布置的杠杆分别铰接在杠杆支撑架两端头，所述两个对称布置的直线导轨也连接在输出轴上。把输入轴动力传递到输出轴。再进一步地，还包括驱动器保护机构，所述驱动器保护机构包括筒状的驱动器外壳，所述驱动器外壳一端与驱动器底座之间活动连接，另一端设置有顶盖。驱动器保护机构支撑固定驱动器，同时对内部结构起到保护作用。

再进一步地，所述驱动器外壳一端与驱动器底座之间通过第一轴承活动连接，且驱动器外壳边缘还设置有用于限制驱动器底座径向运动的限位环。限位环与轴承配合的结构实现了驱动器底座的径向定位，同时可以使驱动器底座与驱动器外壳之间相对转动。