CN106965867B - 一种主被动蓄能相结合的驱动器 - Google Patents

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    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G1/00—Spring motors
    • F03G1/02—Spring motors characterised by shape or material of spring, e.g. helical, spiral, coil

Abstract

本发明提供的是一种主被动蓄能相结合的驱动器，用途广泛，例如用于跳跃机器人、轮式移动机器人等。包括电机安装架，电机安装架上固定安装伺服电机，滚珠丝杠螺杆与伺服电机输出轴连接，与滚珠丝杠螺杆配合的滚珠螺母及法兰沿着导向装置运动，滚珠螺母下方固定有储能弹簧，该弹簧套装在滚珠丝杠螺杆上，且弹簧下端固定有底盘，滚珠丝杠螺杆的下端和底盘上端之间还安装有离合器。本发明是一种主被动蓄能机制相结合的驱动器，可以有效提高能量的利用率。

Description

一种主被动蓄能相结合的驱动器
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种高效率的驱动器，可用于跳跃机器人，移动机器人等。
背景技术
传统的机器人驱动器多采用刚性结构，如遇到碰撞、紧急制动等情况时，往往会造成很大的能量损耗，导致现有的机器人驱动器存在能量效率低的问题。
发明内容
本发明目的是解决现有机器人驱动单元存在能量转换效率低的问题，在充分考虑了弹簧本身的被动特性的前提下，提供一种能量效率更高的主被动蓄能相结合的驱动器。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的主被动蓄能相结合的驱动器，主要包括：电机安装架、伺服电机、法兰导向装置、滚珠丝杠螺杆、滚珠螺母、储能弹簧、电磁离合器及法兰。电机安装架上方固定安装伺服电机，电机安装架下方固定有法兰导向装置，滚珠丝杠螺杆与伺服电机输出轴直接连接，与滚珠丝杠螺杆配合的滚珠螺母及法兰滑动套装在直线固定导轨上，滚珠螺母及法兰下方固定有储能弹簧，该储能弹簧套装在滚珠丝杠螺杆上，弹簧下固定有弹性足底，滚珠丝杠螺杆的下端和弹性足底上端之间还安装有电磁离合器。
所述驱动器在遇到碰撞、紧急制动等情况，在一个周期内的储能过程分为弹簧的被动储能和电机的主动注入能量两个过程。下面以跳跃机器人，即驱动器具体应用为例进行说明，跳跃机器人主要的能量损耗发生在触地碰撞阶段。弹簧的被动储能过程：在跳跃机器人刚进入触地碰撞阶段，电磁离合器处于分离状态，跳跃机器人凭借弹簧本身的被动特性进行能量存储；电机的主动注入能量过程：当弹簧压缩到相应压缩量后，电磁离合器闭合，进入电机主动蓄能状态，当能量存储到指定状态，通过触发信号使电磁继电器分离，完成电机的主动注入能量过程。此后弹簧中的能量得到释放，从而完成跳跃运动。
本发明的优点和有益效果
本发明充分考虑了弹簧的被动储能特性，使得机器人整体的能量转化率提高，实现能量的优化。以本发明为基础可以实现单足跳跃机器人、轮式移动机器人等，能够有效地解决目前该领域能量利用率低这一问题，从而提高该类机器人的实用性。
附图说明
图1是本发明应用于一种单足跳跃机器人的实施示意图。
图2是本发明应用于一种单足跳跃机器人时，其在不同运动阶段的示意图，其中，a
触地阶段，b被动蓄能阶段，c主动蓄能阶段，d能量释放阶段。
图1中，1伺服电机，2电机安装架，3滚珠丝杠螺杆，4滚珠螺母及法兰，5储能弹簧，6离合器，7弹性足底，8法兰的导向装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更详细的描述
结合图1-2，本发明是一种主被动蓄能相结合的驱动器，将其应用于一种单足跳跃机器人中，包括电机安装架2，电机安装架上方固定安装伺服电机1，伺服电机1的输出轴直接与滚珠丝杠螺杆3相连接，电机安装架2下方固定有法兰导向装置8，与滚珠丝杠螺杆配合的滚珠螺母4滑动套装在直线固定导轨上，以保证在运动过程中滚珠螺母不会发生转动，滚珠螺母4下方固定有储能弹簧5，该储能弹簧套装在滚珠丝杠螺杆上，且储能弹簧下端固定有弹性足底7，滚珠丝杠螺杆3下端和弹性足底7上端之间还安装有电磁离合器6。
如图2所示，跳跃机器人在一个跳跃周期内的过程分为四个阶段：
a触地阶段，当机器人足底刚触地的时刻，与地面发生碰撞，会损失一部分能量；
b被动蓄能阶段，由于重力和冲量的作用，弹簧会自动压缩进行被动蓄能，直至电磁离合器接触，电磁离合器由分离状态进入闭合状态；
c主动蓄能阶段，当电磁离合器闭合，电机主动旋转，滚珠螺母向下运动，压缩弹簧，主动的注入损失的部分能量；
d能量释放阶段(跳跃阶段)，通过触发信号使电磁离合器分离，此时弹簧的能量得到释放，跳跃机器人重新起跳，做抛射运动，直至下一次触地。
之后，跳跃机器人将重复以上阶段，实现周期性的跳跃。
综上所述，本发明能够最大限度的发挥弹簧本身的被动特性，提高跳跃机器人的能量效率，使其获得良好的弹跳性能，比起现有的跳跃机器人具有明显的能量优势。同理，可以将该驱动器运用于轮式移动机器人，在紧急制动、紧急加减速过程中，有相同原理，可以有效提高能量利用率。

Claims (1)

1.一种主被动蓄能相结合的驱动器，其特征在于驱动器的能量来源于两个过程，分别为弹簧的被动储能和电机的主动注能；弹簧的被动储能过程：在驱动器受到外界冲击时，驱动器可以凭借弹簧本身的被动特性进行能量储蓄，完成被动储能过程；电机的主动注能过程：当弹簧压缩到相应压缩量后，离合器闭合，进入电机主动蓄能状态，当能量存储到指定状态时，弹簧中的能量可以得到释放，完成后续运动；所述驱动器包括电机安装架，电机安装架上方固定安装伺服电机，电机安装架下方固定有直线固定导轨，滚珠丝杠螺杆与伺服电机输出轴直接连接，与滚珠丝杠螺杆配合的滚珠螺母及法兰滑动套装在直线固定导轨上，滚珠螺母及法兰下方固定有储能弹簧，该储能弹簧套装在滚珠丝杠螺杆上，且储能弹簧下端固定有弹性足底，滚珠丝杠螺杆的下端和弹性足底上端之间还安装有电磁离合器。
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