[发明专利]面向行走机器人的多模式弹性驱动器

说明书

本发明一种面向行走机器人的多模式弹性驱动器及其刹车模块，多模式弹性驱动器包括刹车外套筒、外连接件和内刹车构件，内刹车构件包括驱动电机、导轨、丝杠、弹簧、丝杠螺母、联轴器、驱动电机固定座、和三个刹车模块，三个刹车模块结构相同包括棘轮、蜗轮、蜗杆、第一锥齿轮、第二锥齿轮、刹车滑块、扭簧、刹车模块壳套、刹车模块壳面、刹车电机、压簧、压簧铁芯，内刹车构件中的各刹车模块与刹车外套筒的锁紧与否，再结合弹簧，从而实现驱动器的多模式驱动。本发明面向行走机器人，采用主被动相结合的方式，充分利用机器人行走过程中，储能元件的储能、释能功能，驱动电机仅在适时阶段实施驱动，具有低功耗和行走缓震的特点。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及面向行走机器人的多模式弹性驱动器及其刹车模块。

背景技术

目前，机器人技术得到了迅猛发展，越来越多的机器人代替人类应用于危险、复杂的环境中，这对机器人的行走性能有了更高的要求，其中环境适应性及运动灵活性尤为重要。现有行走机器人大多由硬质材料的刚性运动副连接而成，存在行走模式单一，环境适应性差，以及运动时系统能耗大等问题，并且使用刚性传动的行走机器人在触地时缓冲力较大，其反作用力会通过结构传递到机器人的各个部位，使得各零件之间产生振动，影响机器人行走的稳定性和精度。高度仿生的行走机器人旨在能实现人体类肌肉运动特征，能根据环境变化，实时调整人体肌肉的粘弹性特征，实现变刚度驱动，故研究一种多模式输出的驱动器，用于行走机器人驱动，实现机器人不同行走阶段的驱动输出具有重要的研究意义。

申请人于2014.04.18，申请专利名称为面向下肢助力外骨骼机器人的多模式弹性驱动器，该多模式驱动器采用电机串联弹簧，组合三个刹车模块，可实现纯电机的刚性驱动模式、电机串联弹簧的串联弹性驱动模式、仅有弹簧的被动模式，并应用于行走机器人中，可在刚性模式下对机器人机械腿的运动进行精确控制，当机器人机械腿足部触地及蹬离地面时采用被动模式及串联弹性模式，利用弹性元件，达到减震、储能、释能的目的。

原设计多模式弹性驱动器利用舵机连接刹车块，是通过舵机的正反转来控制刹车模块的刹车与释放，其刹车模块是由齿条轨道、左推杆及右推杆、左刹车片及右刹车片、刹车装置支撑块、刹车电机支撑座一及刹车电机支撑座二、刹车电机、齿条及齿轮组成。齿条在齿条轨道上滑动，齿条与左推杆、右推杆连接，左推杆与左刹车片相连，右推杆与右刹车片相连，齿条与齿轮相啮合，采用的齿轮齿条结构控制整个刹车模块，在此机构的应用中发现存在如下问题，如：用推杆推动刹车块进行刹车只适合冲击力小的情况，并且电机长时间堵转会导致电机损毁。

发明内容

针对前代多模式驱动器的不足，本发明提供一种面向行走机器人的多模式弹性驱动器及其刹车模块，通过棘轮转动挤压刹车滑块，使得刹车滑块与刹车外套筒锁紧，驱动器可承受较大冲击力；通过蜗轮蜗杆的自锁原理，可在刹车电机失电的情况下，仍能锁紧刹车滑块与刹车外套筒，从而保护刹车电机。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是本发明提供一种面向行走机器人的多模式弹性驱动器，包括刹车外套筒、外连接件和内刹车构件，所述刹车外套筒一端有外连接件，所述内刹车构件在刹车外套筒内：

所述内刹车构件包括驱动电机、导轨、丝杠、弹簧、丝杠螺母、联轴器、驱动电机固定座和刹车模块，所述刹车模块分别包括第一刹车模块、第二刹车模块与第三刹车模块且都结构相同，刹车外套筒内部设有导轨，刹车模块串在导轨上，驱动电机通过驱动电机固定座与第三刹车模块相连，驱动电机通过联轴器与丝杠相连，所述丝杠另一端通过丝杠螺母与第二刹车模块相连接，所述丝杠穿过第三刹车模块和第二刹车模块的内部，第二刹车模块与第一刹车模块之间连接弹簧，外连接件与驱动电机固定座相连；