[发明专利]一种可重构紧凑型变刚度驱动器

权利要求书

1.一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：包括固定部件、传动部件、刚度调节部件；其中，固定部件用于实现前部凸轮盘与后部封板间的同轴相对定位；刚度调节部件包括副电机、小齿轮、大齿轮、支点、板簧、传动轴、凸轮盘与滚子；传动轴与凸轮盘和封板间同轴安装，由传动部件驱动转动；传动轴上套有大齿轮，大齿轮由安装于封板上的辅电机驱动转动；

上述传动轴，位于大齿轮与凸轮盘之间开孔插入板簧，板簧垂直于传动轴，且传动轴相对两侧板簧长度相等；板簧两端活动连接有滚子；同时，在大齿轮与板簧间设置两个支点，两个支点前端分别于传动轴两侧板簧接触，另一端分别穿过传动轴两侧所设计滑道的平移滑槽后，安插于大齿轮上设计的两个阿基米德螺旋线槽内；当大齿轮转动时，支点沿阿基米德螺旋线槽内移动，同时还在平移滑槽内滑动，从而改变支点与板簧间的接触点位置；当凸轮盘没有负载的时候，主电机带动传动轴转动进而带动固定在其上的板簧转动，连接在板簧上的滚子也跟随传动轴转动，此时由滚子带动凸轮盘跟随转动；当凸轮盘有负载的时候，主电机带动传动轴转动，传动轴带动板簧转动，板簧受到凸轮盘的挤压产生变形，使得传动轴与凸轮盘之间产生相对转角。

2.如权利要求1所述一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：凸轮盘轴向移动通过传动轴周向设计的台肩限制，与传动轴前端安装的封端限制。

3.如权利要求2所述一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：封端为筒状结构，通过推力球轴承安装于传动轴端部，同时通过螺钉穿过封端端面中心孔与传动轴同轴连接。

4.如权利要求1所述一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：在未受力的初始状态下，板簧端部的滚子分别与凸轮盘两侧凸轮滑槽的最低点接触，通过合理设计滚子的大小改变板簧与滚子压紧从而有效减小变形-力矩曲线迟滞。

5.如权利要求1所述一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：支点后部为圆柱段，中部为矩形截面段，前部为接触段；支点的中部矩形截面段分别与两个滑道上滑槽截面配合置于滑槽内，限制了支点的轴向转动；支点后部圆柱段分别卡在大齿轮上两个阿基米德螺旋线槽内；前部接触段分别与传动轴后部两侧板簧接触；同时，通过支点中部与后部间设计的轴肩与滑道间配合，实现支点的轴向移动；通过支点前部穿过阿基米德螺旋线槽后固定安装的轴端挡圈，限制大齿轮轴向移动。

6.如权利要求1所述一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：还包括角度传感器，包括第一编码器与第二编码器；其中，第一编码器安装在主电机上，用于测量主电机的绝对转角；第二编码器安装在凸轮盘上，用于测量凸轮盘的绝对转角，从而可以得到传动轴与凸轮盘之间的相对转角。

7.如权利要求1所述一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：当凸轮盘上带有负载时，为了提供足够大转动力矩板簧会产生变形，因而承受凸轮盘的轴向力，板簧将此轴向力传给转动轴，同时凸轮盘承受反作用轴向力，凸轮盘又依次将反作用轴向力传给端封与传动轴，因此传动轴上因负载导致板簧变形而产生的轴向力得到抵消。

8.如权利要求1所述一种可重构紧凑型变刚度驱动器，其特征在于：通过选择合适的凸轮盘实现刚度被动改变，具体为：

设计渐增式凸轮盘、渐减式凸轮盘与定刚度式凸轮盘；其中，渐增式凸轮盘的两侧凸轮滑槽设计使滚子由凸轮滑槽中心位置向两侧滑动过程中，由板簧形变而施加给凸轮盘的力在凸轮盘平面的分量力的比例逐渐增大；渐减式凸轮盘的两侧凸轮滑槽设计使得滚子由凸轮滑槽中心位置向两侧滑动过程中，由板簧形变而施加给凸轮盘的力在凸轮盘平面的分量力的比例逐渐减小；顶刚度式凸轮盘设计使滚子由凸轮滑槽中心位置向两侧滑动过程中，由板簧形变而施加给凸轮盘的力在凸轮盘平面的分量力的比例始终不变。