CN111590555B - 串联弹性驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人驱动器技术领域，旨在解决串联弹性驱动器无法进行外界阻力矩限制以及在受到外部撞击后需要人工修复的问题；本发明提供了一种串联弹性驱动器，包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，输入装置用于提供动力以驱动力矩限制装置、输出装置运动；力矩限制装置包括主动支撑装置，依次套设于其上的第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片，以及设置于第二摩擦片远离第一摩擦片的一侧且用于调控第一摩擦片、第二摩擦片与从动支撑装置之间摩擦力矩的压紧装置；输出装置包括弹性元件、输出轴，弹性元件设置于输出轴与第二摩擦片之间以传递动力。本发明公开的串联弹性驱动器具有力矩限制装置，无需人工修复，结构紧凑性，安全性高。

Description

串联弹性驱动器

技术领域

本发明属于机器人驱动器技术领域，具体涉及一种串联弹性驱动器。

背景技术

驱动装置作为机器人系统运动和驱动力的输入单元，其性能优劣对机器人系统的整体性能具有很大影响。传统机器人多采用刚性驱动器，能够精确的传递运动，而人或其它动物的驱动装置是肌肉组织，具有柔顺性，导致传统机器人系统在运动、安全与能源效率等方面远远不及人或其它动物，因此刚性驱动器已经阻碍高性能机器人的发展。为了解决这个问题，研究人员提出一种模拟生物肌肉的柔顺性驱动器--串联弹性驱动器，其主要是在驱动装置与末端执行器之间增加具有弹性和阻尼特性的装置，解除驱动装置和末端执行器之间的耦合关系，同时使串联弹性驱动器输出力与其形变量、相对速度成一定关系。

与传统的刚性驱动器相比，串联弹性驱动器具有被动柔顺性、阻抗低、抗冲击、力感知、精确力控制等优点，但是现有技术中公开的串联弹性驱动器存在无源偏转极限(即现有串联弹性驱动器中采用的弹簧、扭簧等弹性元件存在最大偏转角)，导致串联弹性驱动器在撞击等情况下由于无源偏转极限的存在易引起力矩急剧增大，从而造成机器人系统等的损害；此外，现有技术中公开的串联弹性驱动器在应对外部力矩大于驱动器力矩的情况时，通常采用装置脱离以保护驱动装置，重新使用时需要人工修复归位，结构复杂，操作繁琐。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决串联弹性驱动器无法进行外界阻力矩限制以及在受到外部撞击后需要人工修复的问题，本发明提供了一种串联弹性驱动器，包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，所述输入装置用于提供动力以驱动所述力矩限制装置、所述输出装置运动；

所述力矩限制装置包括主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置；所述主动支撑装置的动力输入端与所述输入装置的动力输出端连接；所述第一摩擦片、所述从动支撑装置和所述第二摩擦片依次套设于所述主动支撑装置；所述压紧装置设置于所述第二摩擦片远离所述第一摩擦片的一侧，用于调控所述第一摩擦片、所述第二摩擦片与所述从动支撑装置之间的摩擦力矩；

所述输出装置包括弹性元件、输出轴，所述弹性元件设置于所述输出轴与从动支撑装置之间以传递动力。

在一些优选实例中，所述压紧装置包括从动装置压板、碟簧和碟簧压紧装置，所述从动装置压板套设于所述主动支撑装置远离所述输入装置的一端，用于压紧所述第二摩擦片；所述碟簧、所述碟簧压紧装置依次设置于所述从动装置压板远离所述第二摩擦片的一侧，且所述碟簧套设于所述碟簧压紧装置；所述碟簧压紧装置远离所述输出装置的一端通过涨紧滑动轴承与所述主动支撑装置连接。

在一些优选实例中，所述从动装置压板包括第一端部、第二端部，所述第一端部和所述第二端部形成圆台结构且所述第一端部的直径大于所述第二端部的直径；所述圆台结构的中间开设有贯通结构，所述贯通结构包括第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段和第二直线段，所述第一圆弧段和所述第二圆弧段、所述第一直线段和所述第二直线段分别相对设置；

所述第一端部上设置有凸台结构，所述凸台结构的内径与所述第二摩擦片的外径一致。

在一些优选实例中，所述从动装置压板通过第二移动滑动轴承套设于所述主动支撑装置的端部；

所述第二移动滑动轴承的外侧设置有与所述贯通结构相适配的第一外侧圆弧段、第一外侧直线段、第二外侧圆弧段和第二外侧直线段。

在一些优选实例中，所述碟簧压紧装置包括第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段，所述第一轴段、所述第二轴段、所述第三轴段和所述第四轴段依次连接并构成外径依次增大的中空阶梯轴；所述第一轴段设置于所述主动支撑装置的内部，所述第一轴段的外部设置有一对平直段；所述第二轴段的长度小于所述第一轴段长度；所述第三轴段的外径与所述碟簧的内径相适配，用于承载所述碟簧；所述第四轴段的外径大于所述碟簧的内径，用于对所述碟簧止挡限位。

在一些优选实例中，所述串联弹性驱动器还包括内六角螺栓；

所述主动支撑装置为中空阶梯轴结构；

所述内六角螺栓设置于所述中空阶梯轴结构的内部，且与所述第一轴段内部设置的螺纹段螺纹连接，用于固定所述碟簧压紧装置。

在一些优选实例中，所述串联弹性驱动器还包括输入支撑支座和输出支撑支座，所述输入支撑支座设置于所述力矩限制装置远离所述输出装置的一端，并与所述力矩限制装置通过第一支撑滑动轴承连接；所述输出支撑支座设置于所述输出装置远离所述力矩限制装置的一端，并与所述输出装置通过第三支撑滑动轴承连接。

在一些优选实例中，所述输出装置包括轴体和凸柄，所述凸柄设置于所述轴体周向外侧，用于传递动力至设定目标；所述轴体的一端与所述压紧装置通过第二支撑滑动轴承连接，所述轴体的另一端与所述输出支撑支座连接；

所述轴体为阶梯轴结构；所述轴体远离所述力矩限制装置的一端开设圆孔，用于容纳与所述输出支撑支座的外侧设置的可编程角度传感器相配套的磁铁，用于检测所述输出装置的角度变化量。

在一些优选实例中，所述输入装置包括动力装置，所述动力装置通过传动装置与所述力矩限制装置传动连接；

所述传动装置包括驱动绳轮、钢丝绳和输入绳轮，所述驱动绳轮设置于所述动力装置的输出轴；所述输入绳轮设置于所述主动支撑装置；所述驱动绳轮、所述输入绳轮上均设置有两个用于容纳对应所述钢丝绳的凹槽，用于传递所述动力装置正转和反转的驱动力矩。

在一些优选实例中，所述输入装置通过传动装置与所述力矩限制装置传动连接；

所述传动装置包括鲍登线缆装置，所述鲍登线缆装置的一端与所述主动支撑装置连接，另一端与所述动力装置连接。

本发明的有益效果为：

1)通过本发明提供的串联弹性驱动器中力矩限制装置，能够限制该串联弹性驱动器在应用于机器人关节实际中受到撞击时所产生的撞击力矩峰值，提高串联弹性驱动器的柔顺性以及与外界交互的安全性；同时通过设置的第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置，可实现在应用中受到外部撞击后的摩擦力矩传递失效保护，在负载阻力矩小于动力驱动力矩后自动恢复摩擦力矩工作状态，无需人工修复。

2)在本发明中采用圆环形橡胶弹簧作为力矩限制装置与输出装置之间的弹性元件，充分利用橡胶弹簧力矩-体积比大、力矩-质量比大以及外形灵活多表的特点，可使负载机器人的驱动部件小型化、轻量化；同时能够降低对负载的控制难度，以及降低负载机器人运动过程中的震动现象。

3)通过本发明中的主动支撑装置、压紧装置的中空螺纹设置，可通过内六角螺栓灵活设置力矩限制装置对应的限制力矩极限值，实现该串联弹性驱动器的应用多场合。

4)本发明提供的串联弹性驱动器结构简单、紧凑、安全性高，同时便于维修。

5)本发明可通过采用电机直连方式或者电机-钢丝绳连接方式可应用于仿生灵巧手、蛇形机器人；或者，采用电机-鲍登线连接方式可应用于手部康复外骨骼机器人，利用鲍登线传动结构可以把电机放置于手掌之外，减轻手部负载，进一步提高负载精确训练或者应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的串联弹性驱动器一种具体实施例的立体结构示意图；

图2是图1中的力矩限制装置和输出装置的剖视图；

图3是图1中的力矩限制装置和输出装置的爆炸图；

图4是本发明的串联弹性驱动器另一种具体实施例的立体结构示意图。

附图标记说明：1、直流伺服电机；2、电机支座；3、驱动绳轮；4、钢丝绳；5、输入支撑支座；6、主动支撑装置；7、第一摩擦片；8、从动支撑装置；9、第二摩擦片；10、从动装置压板；11、圆环形橡胶弹簧；12、输出轴；13、输出支撑支座；14、第一支撑滑动轴承；15、内六角螺栓；16、第一移动滑动轴承；17、第二移动滑动轴承；18、碟簧；19、涨紧滑动轴承；20、碟簧压紧装置；21、第二支撑滑动轴承；22、橡胶弹簧连接板；23、磁铁；24、可编程角度传感器；25、传感器支撑架；26、第三支撑滑动轴承；100、鲍登线缆装置；200、外骨骼装置。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种串联弹性驱动器，包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，其中，输入装置用于提供动力并通过驱动力矩限制装置带动输出装置运动；力矩限制装置包括主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置。

进一步地，主动支撑装置的动力输入端与输入装置的动力输出端连接；在本发明中，主动支撑装置可直接与输入装置的电机输出轴连接，进行输入装置的直驱；或者，输入装置通过传动装置进行主动支撑装置的动力传递驱动，该传动装置可以为固定传动位置的钢丝绳传动，或者通过具有柔性的鲍登线缆传动，进一步的提高该串联弹性驱动器的柔顺性，降低其阻抗性。

进一步地，本发明中提供的输入装置可以与力矩限制装置整体设置，也可以通过传动装置将输入装置与力矩限制装置分离式设置，进一步提高该串联弹性驱动器工作部分的轻量化、精准度。

进一步地，主动支撑装置为阶梯轴结构。

进一步地，力矩限制装置中的第一摩擦片、从动支撑装置和第二摩擦片依次套设于主动支撑装置；压紧装置设置于第二摩擦片远离第一摩擦片的一侧，用于调控第一摩擦片、第二摩擦片与从动支撑装置之间的摩擦力矩，进一步地，根据压紧装置中碟簧的变形量得到所受压力大小，即得到两个摩擦片与从动支撑装置之间的摩擦力矩。

进一步地，输出装置包括弹性元件、输出轴，弹性元件设置于输出轴与从动支撑装置之间以传递动力，并且在输出装置连接的设定目标受到外力撞击时能够缓冲吸震，提高该串联弹性驱动器与外界交互的柔顺性。

进一步地，本发明通过输入装置中的电机处设置的霍尔传感器和输出装置处设置的角位移传感器可测量因弹性元件变形量而导致的输出力矩大小，进一步提供系统安全性。

进一步地，主动支撑装置、压紧装置均为空心结构设置，通过设置的内六角螺栓依次与主动支撑装置、压紧装置内部的螺纹孔段连接，可灵活调节压紧装置相对于第二摩擦片的压紧距离，进一步地，可灵活调节第一摩擦片、第二摩擦片与从动支撑装置之间所能承受的摩擦力矩极限值，实现同一串联弹性驱动器在对应不同阻力矩条件下的不同场合下的应用。

进一步地，本发明通过设置的压紧装置对第一摩擦片、第二摩擦片与从动支撑装置之间所能承受摩擦力矩的调节，或者通过设置的内六角螺栓对压紧装置的调节，均能限制驱动与负载之间传递的最大力矩，充分保证串联弹性驱动器系统与承受负载之间的安全，提高该串联弹性驱动器在实际应用中的抗冲击载荷能力。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1，图示是本发明基于力矩限制器的串联弹性驱动器一种具体实施例的立体结构示意图；包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，输入装置用于提供动力以驱动力矩限制装置、输出装置运动。其中，输入装置包括直流伺服电机1、电机支座2、驱动绳轮3和钢丝绳4，其中直流伺服电机1通过沉头内六角螺栓固定于电机支座2上，其输出端与驱动绳轮3固定连接，两根钢丝绳4的一端通过铜套与驱动绳轮3相连接，另一端通过铜套与力矩限制部分上设置的输入绳轮相连接，用于传递直流伺服电机1正转和反转的驱动力矩至力矩限制装置。

进一步地，力矩限制装置包括主动支撑装置6、第一摩擦片7、从动支撑装置8、第二摩擦片9和压紧装置；主动支撑装置6外侧设置有输入绳轮，用于与直流伺服电机1的钢丝绳传动连接，主动支撑装置6的一端通过支撑滑动轴承安装于输入支撑支座5上，能够相对滑动；第一摩擦片7、从动支撑装置8和第二摩擦片9依次套设于主动支撑装置6；压紧装置设置于第二摩擦片9远离第一摩擦片7的一侧，用于调控第一摩擦片7、第二摩擦片9与从动支撑装置8之间的摩擦力矩；压紧装置包括从动装置压板10和碟簧装置，从动装置压板10用于对第二摩擦片限位，碟簧装置设置于从动装置压板的外侧，用于通过从动装置压板调控两个摩擦片与从动支撑装置之间的摩擦压紧力矩。

进一步地，输出装置包括弹性元件和输出轴12，弹性元件设置于输出轴与从动支撑装置之间以传递动力；其中，弹性元件优选为圆环形橡胶弹簧11，圆环形橡胶弹簧11与输出轴12通过橡胶弹簧连接板连接；输出轴12的外端通过支撑滑动轴承安装于输出支撑支座13上，能够相对滑动，输出轴12的外侧设置有凸柄，用于传递动力至至设定目标。

进一步地，圆环形橡胶弹簧是有天然橡胶、聚氨酯等非金属弹性材料制成，其具有弹性特性和阻尼特性，且圆环形橡胶弹簧与主动支撑装置的轴线重合设置。

进一步地，直流伺服电机内设置有霍尔传感器，能够测量驱动部分的输出角位移。

进一步地，参照附图2，图2是本发明中的力矩限制器和输出装置的剖视图，输入支撑支座5和输出支撑支座13分别用于承载力矩限制装置和输出装置；输入支撑支座5设置于主动支撑装置6远离输出装置的一端，并与主动支撑装置6通过第一支撑滑动轴承14连接；输出支撑支座设置于输出轴12远离力矩限制装置的一端，并与输出轴12通过第三支撑滑动轴承26连接；输出支撑支座13的外侧还设置有可编程角度传感器24，用于检测输出装置的角度变化量。

进一步地，主动支撑装置6为中空设置的阶梯轴，该阶梯轴与输入绳轮可固定连接或者一体成型设置；第一摩擦片7、从动支撑装置8、第二摩擦片9、从动装置压板10依次套设于主动支撑装置6，其中，从动支撑装置8通过第一移动滑动轴承16与主动支撑装置6连接，从动装置压板10通过第二移动滑动轴承17与主动支撑装置6连接；碟簧18、碟簧压紧装置20依次设置于从动装置压板10的外侧，其中，碟簧18的小直径端远离力矩限制装置，碟簧压紧装置20通过涨紧滑动轴承19设置于主动支撑装置6的端部内侧。

进一步地，碟簧压紧装置20的内部开设有螺纹通孔；主动支撑装置6的内部开设有第一通孔、第二通孔和第三通孔，第一通孔和第三通孔的内径均大于第二通孔的内径；碟簧压紧装置20可通过内六角螺栓15实现与主动支撑装置6的连接，内六角螺栓设置于中空阶梯轴结构的内部，且与螺纹通孔螺纹连接，用于调节碟簧压紧装置的位置；其中，第一通孔的内径大于内六角螺栓的螺帽外径，保证内六角螺栓在主动支撑装置内部的移动；第二通孔与内六角螺栓间隙配合，且第二通孔的内径小于内六角螺栓的螺帽外径，用于对内六角螺栓的限位；第三通孔的内径大于碟簧压紧装置含有螺纹通孔的外径。

进一步地，通过主动支撑装置6内部设置的内六角螺栓进行碟簧压紧装置对碟簧的压紧距离，用于灵活制定该串联弹性驱动器所能承受外部阻力的最大力矩值；进一步地，通过设置的内六角螺栓在系统中的摩擦片受到磨损需要更换时，可实现对应零件的快速拆卸更换或者检修。

进一步地，圆环形橡胶弹簧11通过橡胶弹簧连接板22与输出轴12连接。

进一步地，输出轴12的一端通过第二支撑滑动轴承21与碟簧压紧装置20连接，便于相互滑动；另一端通过第三支撑滑动轴承26与输出支撑支座13连接，且输出轴的另一端开设有圆孔，用于容纳与输出支撑支座的外侧设置的可编程角度传感器24相配套的磁铁23，用于检测输出装置的角度变化量，进一步地，可检测到串联弹性驱动器受到外部阻力矩时圆环形橡胶弹簧的扭转变形量，进而得到串联弹性驱动器的输出扭矩，可编程角度传感器24与设置于输出装置中的磁铁23配套使用，组成磁阻角位移传感器或者磁角位置传感器，其中，磁铁23、可编程角度传感器24中的传感器芯片与输出轴12的中心重合设置，保证检测的精准度。

进一步地，可编程角度传感器24通过传感器支架25设置于输出支撑支座13。

进一步地，可编程角度传感器优选为KMA200。

进一步地，本发明选用由可编程角度传感器与磁铁组成的磁场传感器，在输出轴带动磁铁旋转时，可编程角度传感器感测由磁体生成的磁场，这种距轴杆旋转轴特定距离处靠近轴杆安装磁场传感器的设置也可成为“轴外”磁角位置传感器。选用此种类型的传感器无需将其安装在输出轴上，实现轴外设置，结构简单，体积轻巧，节约安装空间。

进一步地，参照附图3，图3是本发明中的力矩限制器和输出装置的爆炸图；其中，输出装置包括轴体和凸柄，凸柄设置于轴体周向外侧，用于与外界负载连接并传递动力至设定目标；轴体的一端与压紧装置通过第二支撑滑动轴承21连接，轴体的另一端与输出支撑支座13连接；轴体为阶梯轴结构，且轴体内部为阶梯通孔设置，即满足承载强度要求，又实现结构轻量化设计。

进一步地，在本发明中，采用圆环形橡胶弹簧11作为力矩限制装置的动力传输结构，作为与输出负载之间的弹性元件，提高该驱动器的柔顺性，减轻装置重量，同时提高负载对驱动装置的阻力缓冲，提高本发明的安全性。

进一步地，压紧装置包括从动装置压板10、碟簧18和碟簧压紧装置20；其中，从动装置压板10包括第一端部、第二端部，第一端部和第二端部形成圆台结构且第一端部的直径大于第二端部的直径；圆台结构的中间开设有贯通结构，贯通结构包括第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段和第二直线段，第一圆弧段和第二圆弧段、第一直线段和第二直线段分别相对设置；第一端部上设置有凸台结构，凸台结构的内径与第二摩擦片的外径一致，保证对第二摩擦片限位。

进一步地，从动装置压板10通过第二移动滑动轴承17套设于主动支撑装置6的端部；第二移动滑动轴承17的外侧设置有与贯通结构相适配的第一外侧圆弧段、第一外侧直线段、第二外侧圆弧段和第二外侧直线段，保证从动装置压板相对于主动支撑装置6只可进行轴向的移动，不可进行周向的转动。

进一步地，碟簧压紧装置20包括第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段，第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段依次连接并构成外径依次增大的中空阶梯轴；第一轴段设置于主动支撑装置6的内部，第一轴段的外部设置有一对平直段，用于通过涨紧滑动轴承19与主动支撑装置连接；第二轴段的长度小于第一轴段长度；第三轴段的外径与碟簧18的内径相适配，用于承载碟簧18；第四轴段的外径大于碟簧的内径，用于对碟簧止挡限位。

进一步地，涨紧滑动轴承19的外侧也设置有与碟簧压紧装置20中第一轴段相适配的平直段，保证碟簧压紧装置20相对于主动支撑装置6只可进行轴向的移动，不可进行周向的转动。

进一步地，从动支撑装置8的外侧开设有两段贯通结构，以减轻结构重量。

进一步地，为了将摩擦片和从动支撑装置紧密的压在一起传递摩擦扭矩，碟簧一端压在从动装置压板上，另一端与碟簧压紧装置相连接，提供碟簧变形力；通过旋转安装于主动支撑装置中的圆柱头内六角螺栓，可带动碟簧压紧装置相对于主动支撑装置的平移，从而挤压碟簧变形。

本发明公开的串联弹性驱动器的具体工作过程为：当输出轴处于自由状态时，直流伺服电机通过驱动绳轮带动主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片、圆环形橡胶弹簧以及输出轴同时运动；当输出轴与负载相连接且所受到外部的阻力矩小于力矩限制装置提供的限制力矩时，直流伺服电机带动主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片运动，同时从动支撑装置扭转圆环形橡胶弹簧，使其产生弹性形变，直到圆环橡胶弹簧的输出力矩等于输出轴外部受到阻力矩时，输出轴带动负载一起运动；当输出轴与负载相连接且所受到外部的阻力矩大于或等于力矩限制装置提供的限制力矩时，即从负载、输出轴到圆环形橡胶弹簧所反馈回来的阻力矩大于或等于从动支撑装置与摩擦片之间的摩擦力矩时，进一步地，直流伺服电机带动主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片产生的摩擦力矩不足以达到扭转圆环形橡胶弹簧产生对应弹性形变力矩输出时，此时，从动支撑装置与摩擦片之间产生相对滑动，以保护动力装置。

进一步地，通过设置的力矩限制装置可实现串联弹性驱动器响应于与输出轴相关联的阻力矩而不是与输入轴相关联的输入力矩，提高驱动器的柔顺性。

综上所述，本发明的结构设计，能够限制驱动与负载之间传递的最大力矩，充分保护系统及负载之间的安全，提高抗冲击载荷的能力，同时应用圆环形橡胶弹簧作为串联弹性驱动器的弹性元件，使柔性驱动器重量较轻，经济性好。

进一步地，参照附图4，图4是本发明的串联弹性驱动器另一种具体实施例的立体结构示意图；输入装置通过传动装置与力矩限制装置传动连接；传动装置包括鲍登线缆装置100，鲍登线缆装置的一端与主动支撑装置连接，另一端与直流伺服电机1连接；串联弹性驱动器的输出轴12可通过其上设置的凸柄与设定目标连接，在本实施例中，设定目标为外骨骼装置200，输出轴通过连杆装置与负载连接。

进一步地，鲍登线缆装置100包括外部软管结构和内部钢丝绳结构，通过内部电缆(最常见的是钢或不锈钢)相对于中空外部电缆外壳的运动来传递机械力或能量；外壳通常是复合结构，由通常衬有尼龙的螺旋钢丝和塑料外壳组成。鲍登线芯可以采用钢丝索、凯夫拉绳或碳纤维绳的一种，但不局限于钢丝索、凯夫拉绳或碳纤维绳，具体可根据实际需要而选取，故在此不再一一赘述。

进一步地，在本发明中，采用电机直连方式以及电机-钢丝绳连接方式可应用于仿生灵巧手、蛇形机器人；采用电机-鲍登线连接方式可应用于手部康复外骨骼机器人，采用电机输出端通过鲍登线与输入绳轮相连接，传递电机的力矩和运动，利用鲍登线传动结构可以把电机放置于手掌之外，减轻手部负载。

进一步地，在本发明中，采用碟簧作为压紧装置的弹性元件，可实现在较小的空间内承受极大的载荷、缓冲吸震能力；本发明还可根据需要采用叠合组合使用，由于表面摩擦阻力作用，吸收冲击和消散能量的作用更显著；需要说明的是，本发明所列举的一种具体实施例中选择的碟簧数量并不限制本发明的保护范围，具体的数量选择以及组合设置可根据实际情况灵活设置，故不再一一赘述。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种串联弹性驱动器，其特征在于，该串联弹性驱动器包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，所述输入装置用于提供动力以驱动所述力矩限制装置、所述输出装置运动；

所述力矩限制装置包括主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和压紧装置；所述主动支撑装置的动力输入端与所述输入装置的动力输出端连接；所述第一摩擦片、所述从动支撑装置和所述第二摩擦片依次套设于所述主动支撑装置；所述压紧装置设置于所述第二摩擦片远离所述第一摩擦片的一侧，用于调控所述第一摩擦片、所述第二摩擦片与所述从动支撑装置之间的摩擦力矩；所述压紧装置包括从动装置压板、碟簧和碟簧压紧装置，所述从动装置压板套设于所述主动支撑装置远离所述输入装置的一端，用于压紧所述第二摩擦片；所述碟簧、所述碟簧压紧装置依次设置于所述从动装置压板远离所述第二摩擦片的一侧，且所述碟簧套设于所述碟簧压紧装置；所述碟簧压紧装置远离所述输出装置的一端通过涨紧滑动轴承与所述主动支撑装置连接；

所述碟簧压紧装置的内部开设有螺纹通孔，所述串联弹性驱动器还包括内六角螺栓；所述主动支撑装置为中空阶梯轴结构；所述内六角螺栓设置于所述中空阶梯轴结构的内部，且与所述螺纹通孔螺纹连接，用于固定所述碟簧压紧装置；

所述输出装置包括弹性元件、输出轴，所述弹性元件设置于所述输出轴与所述从动支撑装置之间以传递动力。

2.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述从动装置压板包括第一端部、第二端部，所述第一端部和所述第二端部形成圆台结构且所述第一端部的直径大于所述第二端部的直径；所述圆台结构的中间开设有贯通结构，所述贯通结构包括第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段和第二直线段，所述第一圆弧段和所述第二圆弧段、所述第一直线段和所述第二直线段分别相对设置；

所述第一端部上设置有凸台结构，所述凸台结构的内径与所述第二摩擦片的外径一致。

3.根据权利要求2所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述从动装置压板通过第二移动滑动轴承套设于所述主动支撑装置的端部；

所述第二移动滑动轴承的外侧设置有与所述贯通结构相适配的第一外侧圆弧段、第一外侧直线段、第二外侧圆弧段和第二外侧直线段。

4.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述碟簧压紧装置包括第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段，所述第一轴段、所述第二轴段、所述第三轴段和所述第四轴段依次连接并构成外径依次增大的中空阶梯轴；所述第一轴段设置于所述主动支撑装置的内部，所述第一轴段的外部设置有一对平直段；所述第二轴段的长度小于所述第一轴段长度；所述第三轴段的外径与所述碟簧的内径相适配，用于承载所述碟簧；所述第四轴段的外径大于所述碟簧的内径，用于对所述碟簧止挡限位。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述串联弹性驱动器还包括输入支撑支座和输出支撑支座，所述输入支撑支座设置于所述力矩限制装置远离所述输出装置的一端，并与所述力矩限制装置通过第一支撑滑动轴承连接；所述输出支撑支座设置于所述输出装置远离所述力矩限制装置的一端，并与所述输出装置通过第三支撑滑动轴承连接。

6.根据权利要求5所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述输出装置包括轴体和凸柄，所述凸柄设置于所述轴体周向外侧，用于传递动力至设定目标；所述轴体的一端与所述压紧装置通过第二支撑滑动轴承连接，所述轴体的另一端与所述输出支撑支座连接；

所述轴体为阶梯轴结构；所述轴体远离所述力矩限制装置的一端开设圆孔，用于容纳与所述输出支撑支座的外侧设置的可编程角度传感器相配套的磁铁，用于检测所述输出装置的角度变化量。

7.根据权利要求6所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述输入装置包括动力装置，所述动力装置通过传动装置与所述力矩限制装置传动连接；

所述传动装置包括驱动绳轮、钢丝绳和输入绳轮，所述驱动绳轮设置于所述动力装置的输出轴；所述输入绳轮设置于所述主动支撑装置；所述驱动绳轮、所述输入绳轮上均设置有两个用于容纳对应所述钢丝绳的凹槽，用于传递所述动力装置正转和反转的驱动力矩。

8.根据权利要求7所述的串联弹性驱动器，其特征在于，所述输入装置通过传动装置与所述力矩限制装置传动连接；

所述传动装置包括鲍登线缆装置，所述鲍登线缆装置的一端与所述主动支撑装置连接，另一端与所述动力装置连接。

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