CN105397837B - 一种单向串联弹性驱动器 - Google Patents

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Abstract

一种单向串联弹性驱动器，它涉及一种可用于机器人下肢关节的驱动器，以解决现有刚性驱动器缺少柔性，容易受到外界冲击力的破坏以及现有弹性驱动器传递动力具有一定的时滞性，影响系统的响应速度的问题，它包括电机、电机座、扭转弹簧、第一轮毂、第二轮毂、第一卡环、第二卡环和输出轴；第一轮毂通过两个第一凸爪和两个第二凸爪与第二轮毂连接，第一轮毂安装在第一卡环内，第二轮毂安装在第二卡环内，电机的输出端与第一轮毂的一端连接，第二轮毂的一端与输出轴连接，扭转弹簧套装在第一凸爪和第二凸爪上，第一卡环的第一凸台顶压扭转弹簧的一个扭臂，第二卡环的第二凸台顶压扭转弹簧的另一个扭臂。本发明用于机器人关节。

Description

一种单向串联弹性驱动器
技术领域
本发明涉及一种可用于机器人下肢关节的驱动器，属于机器人领域。
背景技术
仿生驱动技术是机器人领域的研究热点之一，人体关节由节律收缩运动的肌肉驱动，既具有快速响应能力，又具有一定的柔韧性，因此仿照人体关节的驱动机理研究适用于机器人关节的驱动器，对于提高机器人运动的稳定性具有重要意义。目前用于机器人关节的驱动器通常可分为刚性驱动器与弹性驱动器。刚性驱动器由电机等驱动装置直接驱动关节运动，可实现关节力或位置的快速准确控制，但关节缺少柔性，容易受到外界冲击力的破坏；弹性驱动器通过在电机和负载之间串联弹簧等具有一定弹性的储能元件，使关节具有柔性，但是弹簧等弹性元件传递动力具有一定的时滞性，影响系统的响应速度。
发明内容
本发明是为解决现有刚性驱动器缺少柔性，容易受到外界冲击力的破坏以及现有弹性驱动器传递动力具有一定的时滞性，影响系统的响应速度的问题，进而提供一种单向串联弹性驱动器。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种单向串联弹性驱动器包括电机、电机座、扭转弹簧、第一轮毂、第二轮毂、第一卡环、第二卡环和输出轴；
电机的输出端与第一轮毂的一端连接，第二轮毂的一端与输出轴连接，第一轮毂的另一端加工有相对设置的两个第一凸爪，第二轮毂的另一端加工有相对设置的两个第二凸爪；第一轮毂通过两个第一凸爪和两个第二凸爪与第二轮毂连接，第一轮毂安装在第一卡环内，第二轮毂安装在第二卡环内，电机安装在电机座上，扭转弹簧套装在第一凸爪和第二凸爪上，第一卡环的第一凸台顶压扭转弹簧的一个扭臂，第二卡环的第二凸台顶压扭转弹簧的另一个扭臂。
本发明的有益效果是：本发明的单向串联弹性驱动器综合了弹性驱动器与刚性驱动器的优点，电机与负载转轴之间安装有单向弹性传动机构，单向弹性传动机构采用扭转弹簧作为弹性元件，扭转弹簧只能承受单向载荷，当电机朝扭转弹簧的螺旋方向旋转时，利用扭转弹簧传递电机动力，驱动负载转轴转动；当电机朝反方向旋转时，扭转弹簧不传递动力，电机直接驱动负载转轴转动。在扭转弹簧的螺旋方向具有柔性，而在反方向具有快速响应能力。该单向串联弹性驱动器适用于机器人下肢关节，当机器人步行时，足部与地面之间的碰撞会给机器人关节，例如踝关节、膝关节造成冲击，这种冲击相对于关节通常是单向的，因此可利用该驱动器的单向柔性进行缓冲，而在另一方向，利用该驱动器又可满足关节准确快速的控制要求，提高了系统的响应速度。
附图说明
图1是本发明的单向串联弹性驱动器整体结构图；图2是第一轮毂、第二轮毂、第一卡环和第二卡环布置结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明，本实施方式的一种单向串联弹性驱动器包括电机1、电机座2、扭转弹簧3、第一轮毂4、第二轮毂5、第一卡环6、第二卡环7和输出轴8；
电机1的输出端与第一轮毂4的一端连接，第二轮毂5的一端与输出轴8连接，第一轮毂4的另一端加工有相对设置的两个第一凸爪4-1，第二轮毂5的另一端加工有相对设置的两个第二凸爪5-1；第一轮毂4通过两个第一凸爪4-1和两个第二凸爪5-1与第二轮毂5连接，第一轮毂4安装在第一卡环6内，第二轮毂5安装在第二卡环7内，电机1安装在电机座2上，扭转弹簧3套装在第一凸爪4-1和第二凸爪5-1上，第一卡环6的第一凸台6-1顶压扭转弹簧3的一个扭臂，第二卡环7的第二凸台7-1顶压扭转弹簧3的另一个扭臂。
本实施方式的电机轴通过平键与第一轮毂4连接，输出轴8通过平键与第二轮毂5连接。输出轴8通过输出轴承座固定。两个第一凸爪4-1和两个第二凸爪5-1交叉插装为一体。
具体实施方式二：结合图1和图2说明，本实施方式的第一卡环6的内周侧面具有内螺纹，第二卡环7的内周侧面具有内螺纹，第一轮毂4的外周侧面具有外螺纹，第二轮毂5的外周侧面上具有外螺纹，第一卡环6旋拧在第一轮毂4上，第二卡环7旋拧在第二轮毂5上。如此设置，连接方便可靠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式的一种单向串联弹性驱动器还包括减速器9，电机1的输出端与减速器9的输入端连接，减速器9的输出端与第一轮毂4的一端连接。如此设置，便于输出轴的输出速率的调整，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的一种单向串联弹性驱动器还包括多个螺钉10，第一卡环6通过螺钉10定位在第一轮毂4上，第二卡环7通过螺钉10定位在第二轮毂5上。如此设置，当第一卡环6和第二卡环7相对于第一轮毂4和第二轮毂5转动时，可调节扭转弹簧3的预紧程度，调节完成之后利用螺钉10对第一卡环6和第二卡环7进行锁紧。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式的第一凸爪4-1和第二凸爪5-1的横截面为扇形。如此设置，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一、二或四相同。
工作过程：当电机1沿扭转弹簧3的螺旋方向旋转时，第一卡环6的第一凸台6-1部分压紧扭转弹簧3的力臂使其变形，扭转弹簧3另一端的力臂驱动第二卡环7与第二轮毂5旋转，进而驱动输出轴8转动，由于扭转弹簧3的作用，该驱动器在该旋转方向具有柔性；当电机1沿反方向旋转时，扭转弹簧3不承受载荷，第一轮毂4直接带动第二轮毂5转动，进而驱动输出轴8旋转。

Claims (5)

1.一种单向串联弹性驱动器，它包括电机(1)、电机座(2)、扭转弹簧(3)、第一轮毂(4)、第二轮毂(5)和输出轴(8)；电机(1)的输出端与第一轮毂(4)的一端连接，第二轮毂(5)的一端与输出轴(8)连接；
其特征在于：它还包括第一卡环(6)和第二卡环(7)；第一轮毂(4)的另一端加工有相对设置的两个第一凸爪(4-1)，第二轮毂(5)的另一端加工有相对设置的两个第二凸爪(5-1)；第一轮毂(4)通过两个第一凸爪(4-1)和两个第二凸爪(5-1)与第二轮毂(5)连接，第一轮毂(4)安装在第一卡环(6)内，第二轮毂(5)安装在第二卡环(7)内，电机(1)安装在电机座(2)上，扭转弹簧(3)套装在第一凸爪(4-1)和第二凸爪(5-1)上，第一卡环(6)的第一凸台(6-1)顶压扭转弹簧(3)的一个扭臂，第二卡环(7)的第二凸台(7-1)顶压扭转弹簧(3)的另一个扭臂。
2.根据权利要求1所述的一种单向串联弹性驱动器，其特征在于：第一卡环(6)的内周侧面具有内螺纹，第二卡环(7)的内周侧面具有内螺纹，第一轮毂(4)的外周侧面具有外螺纹，第二轮毂(5)的外周侧面具有外螺纹，第一卡环(6)旋拧在第一轮毂(4)上，第二卡环(7)旋拧在第二轮毂(5)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种单向串联弹性驱动器，其特征在于：它还包括减速器(9)，电机(1)的输出端与减速器(9)的输入端连接，减速器(9)的输出端与第一轮毂(4)的一端连接。
4.根据权利要求3所述的一种单向串联弹性驱动器，其特征在于：它还包括多个螺钉(10)，第一卡环(6)通过螺钉(10)定位在第一轮毂(4)上，第二卡环(7)通过螺钉(10)定位在第二轮毂(5)上。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种单向串联弹性驱动器，其特征在于：第一凸爪(4-1)和第二凸爪(5-1)的横截面为扇形。
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