[发明专利]一种变刚度直线驱动装置及变刚度方法

说明书

一种变刚度直线驱动装置及变刚度方法，它包含第一直线驱动器、第二直线驱动器、变刚度模块、触舌组件和机架；第一直线驱动器布置在机架的一侧，第一直线驱动器驱动滑块在机架上移动；机架上设置有触舌组件，触舌组件包括触舌和弹簧；弹簧的两端抵靠在触舌和机架上，触舌可由滑块驱动移动；第二直线驱动器包括由第二电机驱动的第二丝杆，第二电机固定在机架的另一侧，变刚度模块包括模块座、轴向止推转动件、两个驱动螺母和两个非线性弹簧，轴向止推转动件、两个驱动螺母和呈拮抗布置的两个非线性弹簧布置于模块座内。本发明通过拮抗布置的非线性弹簧，调节刚度，实现驱动器的不同柔性，提高了驱动的适应性。

技术领域

本发明涉及一种变刚度装置，具体涉及一种变刚度直线驱动装置及变刚度方法。

背景技术

对于机器人的关节驱动器，根据作业任务不同，对驱动器的关节刚度需求往往也不相同。当关节需要高精度运行时，常常需要机器人关节有高的刚性，以保证运动的准确性；当执行插销等对适应性要求高的作业时，往往希望驱动器有较高的柔性，以提高作业成功率，减少作业时间。因此，刚度调节是十分关键、重要的功能。可以调节刚度的关节驱动器可以使机器人适应更多的应用场景。具有变刚度驱动器的手爪，可以在高刚度状态下实现物品的精确抓取，也可以在低刚度的状态下抓取鸡蛋、水果等易损坏的物品；具备可变刚度驱动器的机械臂，可以在高刚度模式下执行快速动作任务，也可以在低刚度模式下执行插销等需要柔顺性的任务。

传统驱动器的变刚度实现主要是通过串联一个刚度可调的弹性机构，通常采用额外增加驱动器的方式来改变刚度，或采用手动调节的方式。前者使得系统复杂，成本更高体积更大，而后者则需要人工参与，可用场景受限。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种变刚度直线驱动装置，该变刚度直线驱动装置通过拮抗布置的非线性弹簧，改变弹簧初始压缩量，调节刚度，实现驱动器的不同柔性，提高了驱动的适应性。

本发明的技术方案是：一种变刚度直线驱动装置，它包含第一直线驱动器、第二直线驱动器、变刚度模块、触舌组件和机架；

第一直线驱动器布置在机架的一侧，第一直线驱动器驱动滑块在机架上移动；

机架上设置有触舌组件，触舌组件包括触舌和弹簧；弹簧的两端抵靠在触舌和机架上，触舌可由滑块驱动移动；

第二直线驱动器包括由第二电机驱动的第二丝杆，第二电机固定在机架的另一侧，变刚度模块包括模块座、轴向止推转动件、两个驱动螺母和两个非线性弹簧，第二丝杆上套有可滑动的模块座、轴向止推转动件和两个非线性弹簧，轴向止推转动件、两个驱动螺母和呈拮抗布置的两个非线性弹簧布置于模块座内，两个驱动螺母旋向相同并旋拧于第二丝杆上，轴向止推转动件一侧贴靠在模块座上，轴向止推转动件邻近第二电机设置，其中一个非线性弹簧两端抵靠在轴向止推转动件与其中一个驱动螺母之间，另一个非线性弹簧两端抵靠在另一个驱动螺母与模块座之间；

正常驱动模式下，所述两个驱动螺母与触舌相干涉而被触舌限制转动，变刚度模式下，其中一个驱动螺母与第二丝杆同步转动，而另一个驱动螺母与触舌相干涉，滑块与驱动螺母的移动方向平行。

一种变刚度直线驱动装置的变刚度方法包括：

一、正常驱动模式

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

二、变刚度模式触发前

第一直线驱动器驱动滑块运动到B点时，第二直线驱动器上的驱动螺母带动模块座作与滑块相反的运动直至抵靠第二电机，此时触舌依然阻碍两个驱动螺母随第二丝杠转动；

三、触发变刚度模式