[发明专利]一种串联弹性驱动装置

说明书

本申请公开了一种串联弹性驱动装置，其特征在于，包括：固定结构；固定在所述固定结构上的第一驱动部件；转动的设置在所述固定结构上，并能够在所述第一驱动部件的驱动下转动的刚度调节结构；转动的连接在所述固定结构上，并通过弹性件与所述刚度调节结构连接的传动结构，所述刚度调节结构的转动动力通过所述弹性件传递给所述传动结构。上述串联弹性驱动装置，通过改变移动件与连接件的旋转中心之间的距离，就能够改变串联弹性驱动装置的输出刚度，从而实现了串联弹性驱动装置的输出刚度的连续调节，且其结构简单，并且弹性件的使用还能够令串联弹性驱动装置的能量利用率得到提高，进而使得串联弹性驱动装置的环境适应性得到显著的提高。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种串联弹性驱动装置。

背景技术

随着机器人技术的发展，人机协作的作业模式与人机共存的工作环境不断涌现，传统的机器人可以保证高速高精度作业，但其以刚性结构为主，导致输出刚度很大，一旦出现操作失误，将对环境中的其他对象或机器人自身会造成很大的伤害，因此传统的刚性关节已不能胜任柔性的工作需求。为了适应未知的工作环境与多变的工作任务，柔性关节应运而生，其通过在电机与负载之间添加弹性部件，能够提高驱动装置的安全性。柔性关节的高负载/自重比、良好的缓冲作用、高安全性与环境适应性等优点，使其成为研究热点。

但是，现有的串联弹性驱动器多为简单的添加弹性部件或柔性机构，其刚度是固定的，环境适应性仍然较差，或者即使能够实现刚度调节，其也存在刚度变化范围小且结构复杂、弹性部件的自由振荡能量耗损大、能量利用率低、控制算法复杂且不稳定等诸多问题，不具有实际应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种串联弹性驱动装置，其能够实现输出刚度的连续调节，且结构简单，能量利用率高，令环境适应性得到了显著的提高。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种串联弹性驱动装置，包括：

固定结构；

固定在所述固定结构上的第一驱动部件；

转动的设置在所述固定结构上，并能够在所述第一驱动部件的驱动下转动的刚度调节结构；

转动的连接在所述固定结构上，并通过弹性件与所述刚度调节结构连接的传动结构，所述刚度调节结构的转动动力通过所述弹性件传递给所述传动结构；

其中，所述刚度调节结构包括：

与所述第一驱动部件连接，并在所述第一驱动部件的驱动下转动的连接件；

移动的设置在所述连接件上并与所述弹性件连接的移动件，所述移动件通过在所述连接件上移动，能够改变所述移动件与所述连接件的旋转中心之间的距离，以实现所述传动结构输出刚度的改变。

优选的，上述串联弹性驱动装置中，所述连接件为连接板，且所述连接板上固定设置有平行于所述连接板的丝杠，所述丝杠的一端与所述连接板的旋转中心对齐并连接，所述移动件为螺纹连接在所述丝杠上的螺母。

优选的，上述串联弹性驱动装置中，所述连接件上固定设置有第二驱动部件，所述第二驱动部件能够驱动所述丝杠转动，以使所述螺母能够在所述丝杠的轴向上移动。

优选的，上述串联弹性驱动装置中，所述传动结构包括与所述固定结构转动连接的安装架，以及固定设置在所述安装架上并与所述丝杠平行且分别位于所述丝杠两侧的多个导轨，每个所述导轨上均滑动的设置有滑块，所述滑块通过所述弹性件与所述移动件连接。

优选的，上述串联弹性驱动装置中，还包括控制系统，所述控制系统包括：

控制器；

设置在所述传动结构的旋转圆心上，并用于检测所述传动结构旋转角度的编码器，所述编码器与所述控制器通信连接；