[发明专利]一种变刚度驱动装置

说明书

本发明公开了一种变刚度驱动装置，包括外壳、输出轴和变刚度单元，变刚度单元中的第一凸轮盘和第二凸轮盘分别能够进行转动，由于滑块始终与第一凸轮盘或第二凸轮盘保持接触，第一凸轮盘转动会使中心板上部的滑块沿着滑槽滑动，线性的弹簧与第一凸轮盘相配合能够实现弹簧压缩量的非线性变化，通过控制第一凸轮盘和第二凸轮盘的相对转动角度，能够改变变刚度驱动装置输出的刚度和位置，从而实现柔性输出，且装置结构简单，刚度位置调节快速灵活。

技术领域

本发明涉及机器人柔性驱动技术领域，特别涉及一种变刚度驱动装置。

背景技术

随着机器人技术的广泛应用，传统的刚性驱动技术已无法满足一些应用领域的功能要求，例如一些需要机器人在未知环境中与人协作时，外界的干扰或碰撞会对人和机器造成伤害，要求驱动器力度的动态变化从而保证人机的安全性。在驱动和负载之间接入柔性元件可以一定程度上提高系统的安全性，并且刚度的减小可以提高力控制的稳定性，但该类驱动的刚度不可调，系统的固有振荡频率和弹性元件的刚度有关，在关节运动过程中，为消除弹簧自由振荡的能量损耗较大，且系统的灵活性较低。

为解决上述问题，变刚度驱动成为近年来的研究热点，刚性驱动能够到达特定的位置，一旦到达指定位置，无论有无外界力施加于驱动器，刚性驱动器都能保持在这一位置，变刚度驱动器即使在到达指定位置后，也会因为外界对它施加的力，产生相对于自己平衡位置的位移，变刚度驱动可根据任务需求调节系统刚度，运动更加灵活，因此得到广泛应用。

因此，如何提供一种结构简单、刚度变化范围广、刚度调节快的变刚度驱动器，是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变刚度驱动装置，该变刚度驱动装置结构简单，能够对输出轴的刚度和位置同时进行控制，且刚度调节快速灵活。

为解决上述技术问题，本发明提供一种变刚度驱动装置，包括外壳、输出轴和变刚度单元，所述变刚度单元设置于所述外壳的内腔中，所述输出轴的一端伸入所述外壳的内腔中并与所述变刚度单元相连；

所述变刚度单元包括同轴设置于外壳内部并与所述输出轴同轴联动地相连接的中心层，所述中心层的中部相联动地设置有中心板，所述中心板的顶部可转动地同轴设置有第一凸轮盘，所述中心板的底部可转动地同轴设置有第二凸轮盘，所述第一凸轮盘与所述中心板之间、所述第二凸轮盘与所述中心板之间分别设置有弹性组件，还包括可分别驱动所述第一凸轮盘和所述第二凸轮盘定轴转动的驱动单元；

所述弹性组件包括分置于所述第一凸轮盘的两侧及分置于所述第二凸轮盘的两侧的滑块，所述滑块与所述第一凸轮盘的外周壁及所述第二凸轮盘的外周壁均相抵接，所述滑块及该滑块同侧的所述中心层的内壁间卡接有弹簧，所述中心板的径向方向设置滑槽，所述滑槽与所述中心板的轴线相垂直，所述滑块滑动设置于所述滑槽内，所述第一凸轮盘的外周壁和所述第二凸轮盘的外周壁均具有平面段和曲面段，且初始状态下，所述滑块与其相应的第一凸轮盘或第二凸轮盘的平面段相抵接。

优选地，所述滑块为圆柱状结构，所述滑块的外周面与所述第一凸轮盘或所述第二凸轮盘相抵接。

优选地，所述滑块的底部抵接有可移动地设置于所述滑槽内并与所述滑槽内壁滚动配合的滚珠。

优选地，所述滑槽的开口宽度较所述滑槽的底面宽度窄，所述滑槽的开口宽度较所述滚珠的直径小，所述滑槽设置隔挡条，所述隔挡条能够防止所述滚珠和所述滑块滑出所述滑槽，所述隔挡条与所述滑槽的轴线相平行，所述滑块具有与所述隔挡条相适配的周向环状凹槽。

优选地，所述外壳包括外壳上盖、壳套和外壳下盖，所述壳套为空心圆柱体，所述外壳上盖和所述外壳下盖分别设置于所述壳套的两端，所述变刚度单元设置于所述外壳上盖、所述壳套和所述外壳下盖围成的空间内，所述外壳上盖和所述外壳下盖分别与所述壳套可拆卸连接。