[发明专利]磁流变串联弹性驱动器

说明书

公开了一种驱动器，包括第一扭簧单体和第二扭簧单体，其特征在于，所述第一扭簧单体和所述第二扭簧单体中的每一个均包括：内圈；外圈；以及并联连接于所述内圈与所述外圈之间的多个弹性单元。所述第一扭簧单体的外圈和所述第二扭簧单体的外圈刚性连接，所述第一扭簧单体的内圈与所述第二扭簧单体的内圈相互对准。驱动器还包括电机元件和制动元件。电机元件用于提供输出力矩，并与所述第一扭簧单体的内圈连接。制动元件用于提供制动力矩，并与所述第二扭簧单体的内圈连接。

技术领域

本申请涉及一种驱动器，具体涉及一种用于康复、助行类机器人的磁流变串联弹性驱动器。

背景技术

目前，国内外由于中风、脊髓损伤、截肢等疾病引起的具有运动障碍的病人逐渐增多。由于这些病人不能像正常人一样进行行走，长期以往，会给他们带来例如骨质疏松症、肌肉萎缩、肥胖等其它疾病。康复、助行类机器人，如可穿戴外骨骼套装、假肢等机器人，能够穿戴在具有运动障碍的病人身上，以帮助病人进行康复训练、辅助行走，从而提高他们的生活质量。

驱动器是康复、助行类机器人的一个重要组成部分，它能够决定机器人的输出力矩、速度，从而决定机器人的性能。在传统工程应用中，一般要求驱动器有足够大的刚度，从而实现系统的精确控制。但是在康复、助行类机器人领域，这些机器人需要与人进行交互，处于安全和舒适度等方面的考虑，通常需要降低驱动器的刚度。另外，由于机器人需要长时间为病人提供辅助力矩，通常需要系统具有高能量效率。

而国内外各研究机构目前所公布的康复、助行类机器人的驱动器，大多刚度比较高，不能有效的缓冲外界对系统的冲击；并且需要提供较大的电流，不仅能量效率比较低，还存在安全隐患。

因此，需要一种能够很好地降低系统刚度、减小外界冲击对系统的影响，同时具有高能量效率和安全性的驱动器。

发明内容

本申请提供的技术方案至少部分地解决了以上所述的技术问题。

根据本申请的一个方面，提供了这样一种驱动器，该驱动器包括第一扭簧单体和第二扭簧单体，第一扭簧单体和第二扭簧单体中的每一个均包括：内圈；外圈；以及并联连接于内圈与外圈之间的多个弹性单元。第一扭簧单体的外圈和第二扭簧单体的外圈刚性连接，所述第一扭簧单体的内圈与第二扭簧单体的内圈相互对准。该驱动器还包括电机元件和制动元件。电机元件用于提供输出力矩，并与第一扭簧单体的内圈连接。制动元件用于提供制动力矩，并与第二扭簧单体的内圈连接。

在一个实施方式中，驱动器还可包括动力传递元件，电机元件通过动力传递元件与第一扭簧单体的内圈连接。

在一个实施方式中，动力传递元件可为行星减速器。

在一个实施方式中，可在第一扭簧单体的内圈、远离对应外圈的端部和第二扭簧单体的内圈、远离对应外圈的端部分别设置有角度传感器，以测量第一扭簧单体的内圈和第二扭簧单体的内圈产生的形变差。

在一个实施方式中，角度传感器可包括绝对式编码器、增量式编码器和/或电位计中的一种或多种。

在一个实施方式中，制动元件可包括：转轴，由高导磁材料制成，其一端与第二扭簧单体的内圈连接；线圈，缠绕于转轴；以及腔体，用于容纳流体，其中，流体能够在线圈感生的电磁场作用下而产生剪切应力。

在一个实施方式中，制动元件的转轴的轴截面轮廓可为曲线和/或分段折线。

在一个实施方式中，制动元件的转轴可为铁芯转轴。

在一个实施方式中，制动元件中的流体可为磁流变流体。

在一个实施方式中，在制动元件的腔体内可布置有多对内部硅钢片和外部硅钢片，流体可分布于内部硅钢片和外部硅钢片的重合区域。

在一个实施方式中，制动元件中的内部硅钢片和外部硅钢片可采用碟片形式设计。