CN108772849A - 一种基于力矩电机的串联弹性驱动器 - Google Patents

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Abstract

一种基于力矩电机的串联弹性驱动器，包括基座、驱动主体和驱动机构；驱动主体包括驱动电机和传动机构，传动机构包括传动箱体、传动轴、直线移动机构和连杆，驱动电机的电机箱体与传动箱体之间连接有导向轴，导向轴上套装有弹簧分隔件，弹簧分隔件与基座铰接，弹簧分隔件的两侧在电机箱体和传动箱体之间均设置有弹簧，传动轴安装在传动箱体内并与驱动电机的主轴连接，传动轴与直线移动机构的输入端连接，连杆与直线移动机构的输出端连接；驱动机构包括驱动座和驱动杆，驱动座安装在基座上，驱动杆铰接在驱动座上，驱动杆与驱动主体上的连杆铰接。该驱动器结构紧凑，柔顺性好，刚度变化率大。

Description

一种基于力矩电机的串联弹性驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于机器人的基于力矩电机的串联弹性驱动器，属于机器人驱动器技术领域。
背景技术
机器人一般由控制系统、检测系统、驱动器和执行器等机构组成。其中驱动器是用来使机器人发出动作的动力机构，是机器人关节不可或缺的关键部件。传统的机器人为了追求高速、高精度，机械本体一般被设计成刚性机构，控制模式为位置控制，从而导致人机交互的体验较差。为了适应先进制造业的需求，新一代机器人应该具有类似人类手臂的柔顺特性，这就要求机器人的关节部位要从刚性向柔性转变。
发明内容
本发明的目的是面向当前协作型机器人的需求，提供一种动态性好、输出扭矩大、结构简单紧凑、逆向驱动性能好、刚度变化率大的基于力矩电机的串联弹性驱动器。
采用高扭矩输出的力矩电机，并且通过在负载与电机之间放置弹簧，
本发明的基于力矩电机的串联弹性驱动器，采用如下技术方案：
该驱动器，包括基座、驱动主体和驱动机构；驱动主体包括驱动电机和传动机构，传动机构包括传动箱体、传动轴、直线移动机构和连杆，驱动电机的电机箱体与传动箱体之间连接有导向轴，导向轴上套装有弹簧分隔件，弹簧分隔件与基座铰接，弹簧分隔件的两侧在电机箱体和传动箱体之间均设置有弹簧，传动轴安装在传动箱体内并与驱动电机的主轴连接，传动轴与直线移动机构的输入端连接，连杆与直线移动机构的输出端连接；驱动机构包括驱动座和驱动杆，驱动座安装在基座上，驱动杆铰接在驱动座上，驱动杆与驱动主体上的连杆铰接。
所述直线移动机构采用丝杠螺母机构，螺母连接在传动轴上，滚珠丝杠置于传动轴内孔中并与螺母连接。
所述电机定子内设置有霍尔传感器。
上述串联弹性驱动器工作时，驱动电机带动传动轴转动，传动轴驱动直线移动机构往复移动。当驱动杆受到外界的压力时，驱动主体除弹簧分隔件以外的部件通过导向轴运动，从而压缩弹簧，弹簧吸收外界负载波动的冲击，实现了关节机械柔性。
本发明具有以下特点：
1.本发明提出的基于力矩电机的串联弹性驱动器，使机器人关节的动力学特性更加柔顺化，提高了安全性。
2.本发明充分利用了力矩电机输出扭矩大，结构简单紧凑等优点，可使机器人的驱动部件小型化、轻量化。
3.本发明的双弹簧设计提高了驱动器的刚度变化率，并使机器人关节可承受双向高负载冲击。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明中驱动电机的外部结构示意图。
图3是本发明中驱动电机的剖视图。
图中：1.基座，2.支撑架，3.轴承座，4.固定轴，5.夹片，6.驱动杆，7.驱动座，8.驱动电机，9.电机箱体，10.导向轴，11.弹簧，12.弹簧分隔件，13.传动箱体，14.传动箱盖，15.连杆，16.电机箱盖，17.电机转子，18.电机主轴，19.平键，20.传动轴，21.交叉滚子轴承，22.滚珠丝杠，23.薄壁轴承，24.无油衬套，25.滚珠轴承，26.主轴固定片，27.电机定子。
具体实现方式
如图1所示，本发明的基于力矩电机的串联弹性驱动器，包括基座1、驱动主体8和驱动机构。基座1上设置有支撑架2和驱动座7，驱动主体8通过两个轴承座3安装在支撑架2上，可绕轴承转动。驱动机构与驱动主体8的输出端连接。驱动机构包括驱动座7和驱动杆6，驱动座7安装在基座1上，驱动杆6通过固定轴4铰接在驱动座7上，驱动杆6上设置有夹片5，夹片5与驱动主体8上的连杆15铰接(参见图2)。
参见图2和图3，驱动主体8包括驱动电机8和传动机构，驱动电机8包括电机箱体9、、电机主轴18、电机定子27和电机转子17，传动机构包括传动箱体13、传动轴20、滚珠丝杠22和连杆15。连杆15采用关节连杆。
电机箱体9与传动箱体13之间连接有四个导向轴10，弹簧分隔件12连接在四个导向轴10上，弹簧分隔件12的两侧设置有转轴，两个转轴分别安装在两个轴承座3中(参见图1)，使整个驱动电机8安装在支撑架2上并能绕轴承座3转动。电机箱体9和传动箱体13之间在外围套装有两个弹簧11，并通过弹簧分隔件12分隔开，弹簧11可以采用模具弹簧。电机定子27安装在电机箱体9内，通过电机箱盖16将其压紧。电机定子27内置有霍尔传感器。电机转子17通过主轴固定片26固定在电机主轴18上，电机主轴18通过两个轴承25支承于电机箱体9和电机箱盖8的轴承座上。传动轴20通过轴承21和轴承23支承于传动箱体13和传动箱盖14的轴承座上，并通过平键19与电机主轴18连接。传动轴20中设置有螺母，与螺母配合连接有滚珠丝杠22，滚珠丝杠22通过无油衬套24置于传动轴20内孔中。连杆15连接在滚珠丝杠22的外端。丝杠螺母机构也可以采用其它使连杆15实现直线往复移动的机构，如齿轮齿条机构。
上述串联弹性驱动器工作时，电机转子17根据控制信号旋转，并通过电机主轴18输出到传动轴20。传动轴20带动与滚珠丝杠22配合的螺母旋转，使滚珠丝杠22直线伸缩移动。滚珠丝杠22通过连杆15带动连杆6绕固定轴4转动。当连杆6受到外界的压力时，驱动主体除弹簧分隔件12以外的部件通过导向轴10运动，从而压缩弹簧11，弹簧11吸收外界负载波动的冲击，实现了关节机械柔性。因为两个弹簧11本身都有预压缩量，所以产生的弹力变化率是一个弹簧的两倍。

Claims (3)

1.一种基于力矩电机的串联弹性驱动器，包括基座、驱动主体和驱动机构；其特征是：驱动主体包括驱动电机和传动机构，传动机构包括传动箱体、传动轴、直线移动机构和连杆，驱动电机的电机箱体与传动箱体之间连接有导向轴，导向轴上套装有弹簧分隔件，弹簧分隔件与基座铰接，弹簧分隔件的两侧在电机箱体和传动箱体之间均设置有弹簧，传动轴安装在传动箱体内并与驱动电机的主轴连接，传动轴与直线移动机构的输入端连接，连杆与直线移动机构的输出端连接；驱动机构包括驱动座和驱动杆，驱动座安装在基座上，驱动杆铰接在驱动座上，驱动杆与驱动主体上的连杆铰接。
2.根据权利1所述的基于力矩电机的串联弹性驱动器，其特征是：所述直线移动机构采用丝杠螺母机构，螺母连接在传动轴上，滚珠丝杠置于传动轴内孔中并与螺母连接。
3.根据权利1所述的基于力矩电机的串联弹性驱动器，其特征是：所述电机定子内设置有霍尔传感器。
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