[发明专利]一种变刚度直线驱动装置及变刚度方法

权利要求书

1.一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：它包含第一直线驱动器(1)、第二直线驱动器、变刚度模块、触舌组件和机架(2)；

第一直线驱动器(1)布置在机架(2)的一侧，第一直线驱动器(1)驱动滑块(4)在机架(2)上移动；

机架(2)上设置有触舌组件，触舌组件包括触舌(31)和弹簧(32)；弹簧(32)的两端抵靠在触舌(31)和机架(2)上，触舌(31)可由滑块(4)驱动移动；所述触舌(31)为U型板状结构，U型板插装在机架(2)上，弹簧(32)抵靠在U型板内底面上，U型板的上表面端部向外延伸有上沿(311)，变刚度模式下，滑块(4)顶靠在所述上沿(311)上；

第二直线驱动器包括由第二电机(51)驱动的第二丝杆(52)，第二电机(51)固定在机架(2)的另一侧，变刚度模块包括模块座(61)、轴向止推转动件(62)、两个驱动螺母(63)和两个非线性弹簧(64)，第二丝杆(52)上套有可滑动的模块座(61)、轴向止推转动件(62)和两个非线性弹簧(64)，轴向止推转动件(62)、两个驱动螺母(63)和呈拮抗布置的两个非线性弹簧(64)布置于模块座(61)内，两个驱动螺母(63)旋向相同并旋拧于第二丝杆(52)上，轴向止推转动件(62)一侧贴靠在模块座(61)上，轴向止推转动件(62)邻近第二电机(51)设置，其中一个非线性弹簧(64)两端抵靠在轴向止推转动件(62)与其中一个驱动螺母(63)之间，另一个非线性弹簧(64)两端抵靠在另一个驱动螺母(63)与模块座(61)之间；

正常驱动模式下，所述两个驱动螺母(63)与触舌(31)相干涉而被触舌(31)限制转动，变刚度模式下，其中一个驱动螺母(63)与第二丝杆(52)同步转动，而另一个驱动螺母(63)与触舌(31)相干涉，滑块(4)与驱动螺母(63)的移动方向平行。

2.根据权利要求1所述一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：所述第一直线驱动器(1)包括第一电机(11)、第一丝杆(12)和第一螺母(13)；第一电机(11)安装在机架(2)的上部，第一电机(11)的输出端连接有第一丝杆(12)，第一螺母(13)旋拧于第一丝杆(12)上，第一螺母(13)与滑块(4)固接。

3.根据权利要求2所述一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：所述非线性弹簧(64)为截锥螺旋弹簧、不等节距圆柱压簧或者截锥涡卷弹簧。

4.根据权利要求3所述一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：所述轴向止推转动件(62)为推力轴承。

5.根据权利要求1所述一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：所述驱动螺母(63)为多边形螺母。

6.根据权利要求3、4或5所述一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：每个所述驱动螺母(63)一端面外缘延伸有垂直该端面的若干个限位筋(631)，非线性弹簧(64)大端布置在若干个限位筋(631)所在的端面内。

7.根据权利要求6所述一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：第二直线驱动器的模块座(61)抵靠第二电机(51)、第一螺母(13)运动到远离第一电机(11)的B点时，滑块(4)驱动触舌(31)移动，直至到达极点C时，进入变刚度模式，此时所述其中一个驱动螺母(63)与第二丝杆(52)同步转动，所述另一个驱动螺母(63)与触舌(31)干涉而被限制转动。

8.根据权利要求7所述一种变刚度直线驱动装置，其特征在于：所述滑块(4)和模块座(61)分别沿安装在机架(2)上的各自对应的导轨(7)滑动。

9.一种如权利要求1所述一种变刚度直线驱动装置的变刚度方法，其特征在于：所述变刚度方法包括：

一、正常驱动模式

两个驱动螺母(63)均与触舌干涉，当第二丝杠(52)转动时，两个驱动螺母(63)在第二丝杠(52)作用下均轴向移动，不随第二丝杠(52)转动，两个驱动螺母(63)间距不变，实现直线驱动装置的位置输出；

二、变刚度模式触发前

第一直线驱动器(1)驱动滑块(4)运动到B点时，第二直线驱动器上的驱动螺母(63)带动模块座(61)作与滑块(4)相反的运动直至抵靠第二电机(51)，此时触舌(31)依然阻碍两个驱动螺母(63)随第二丝杠(52)转动；

三、触发变刚度模式

第二直线驱动器的模块座(61)抵靠第二电机(51)、第一直线驱动器(1)继续驱动滑块(4)运动到达特殊位置C点过程中，滑块(4)推动触舌(31)移动，进入变刚度模式，到达特殊位置C点时靠近第二电机(51)的驱动螺母(63)不再与触舌(31)相接触，而另一个驱动螺母(63)被触舌(31)限制不能转动；

四、变刚度过程

第二直线驱动器的第二丝杠(52)转动，第二丝杠(52)与其中一个驱动螺母(63)间的滑动摩擦力使其中一个驱动螺母(63)有转动趋势；模块座(61)、轴向止推转动件(62)及其中一个非线性弹簧(63)间的滚动摩擦使其中一个驱动螺母(63)有不跟随第二丝杠(52)转动的趋势，滚动摩擦力和滑动摩擦力共同作用下，其中一个驱动螺母(63)将随第二丝杠(52)一同转动，对于另一个驱动螺母(63)，由于触舌(31)的干涉不随第二丝杠(52)转动而直线移动，使两个驱动螺母(63)的间距增加，非线性弹簧(63)初始压缩量增加，第二直线驱动器刚度增加，此时，滑块(4)反向移动，触舌(31)在弹簧(32)的作用下复位后，从变刚度模式下退出，恢复第一直线驱动器(1)的正常驱动模式；如上的相反操作，两个驱动螺母(63)间距减小，弹簧(32)初始压缩量减小，驱动刚度减小，如此反复，实现变刚度调节。