CN113414760A - 变刚度弹性驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变刚度弹性驱动器，所述变刚度弹性驱动器包括第一回转件、第二回转件、弹性组件、传动轮、行星轮组、支撑架、输入轴、第一滚子、第二滚子和驱动组件。第一回转件和第二回转件同轴设置，弹性组件关于第一轴线偏心设置，且弹性组件的至少一端与第一回转件相连，传动轮与弹性组件配合，太阳轮能够绕第一轴线转动，第一行星轮和第二行星轮中的每一者与太阳轮和第一回转件中的每一者啮合，且输入轴与传动轮和太阳轮中的每一者相连，第一滚子和第二滚子对称地设在太阳轮的两侧，驱动组件设在第二回转件上，驱动组件能够驱动第一滚子和第二滚子同时相向或背向移动相同的距离，本发明的变刚度弹性驱动器能够实现刚度的调控。

Description

变刚度弹性驱动器

技术领域

本发明涉及机器人驱动技术领域，具体地，涉及一种变刚度弹性驱动器。

背景技术

机器人向柔性化方向发展已成必然之势，而柔性关节在机器人柔性系统中占据80%-90%。由此看来，提高关节柔性对改善机器人的安全性、柔顺性、自适应性具有重要意义。动物关节由于具有优异的力学特性而倍受国内外学者关注，是目前的主要仿生研究对象，其中尤以变刚度弹性驱动器的研究最热，成果众多。

德国宇航中心设计了一种拮抗式柔性关节QA (Quasi Antagonistic)，弹性驱动器通过两个电机的协调动作实现关节的柔性驱动。为了能够更好的模仿手臂，针对新型集成手臂系统，德国宇航中心另外提出了一种用于机器人柔性关节的变刚度驱动器FSJ(Floating Spring Joint)，该柔性关节采用机电一体模块化设计，具有结构紧凑、重量轻等优点。

意大利科学技术研究所(IIT)对于机器人柔性关节的研究成果较多，Tsagarakis等人利用凸轮杠杆原理提出一种基于紧凑型弹性驱动器的柔性关节CompAct-VSA。该弹性驱动器由调刚电机驱动齿轮、齿条，凸轮型杠杆内部的支点随齿条运动，进而改变输入、输出端杠杆比值，两侧的弹簧和凸轮滚子作为柔性机构，该柔性关节理论上可实现零到无穷大的刚度调节。

韩国大学的Kim BS等人首先提出一种基于混合式弹性驱动器的柔性关节HDAU(hybrid dual actuator unit)，该混合式弹性驱动器主要由电机驱动模块和混合控制模块组成，传动机构为行星轮系和齿轮齿条机构，调节混合控制模块中的齿轮相对运动，可以实现关节的位置和刚度同步调节，而且关节的刚度不受负载端的偏转角度影响保持恒定，关节刚度调节范围为0.068～2.154N·m，刚度调节的响应时间为0.14s。

加兹温阿扎德大学(Qazvin Azad University)的Pirooz等人提出一种基于机械式电磁变刚度的机器人柔性关节M²-VSA (mechanical–magnetic variable stiffnessactuator)，其独特之处在于通过磁力与弹簧配合进行刚度调节，性能上具有更快的响应速度，弹簧的布置方式使得装置更为紧凑。

奥尔堡大学的Li等人基于可重构性，提出一种机器人柔性关节JVSR，通过改变柔性关节内部弹簧的预紧力以及内部机构重构，机器人关节可实现不同程度的刚度调节。日本东京大学的Masahiko等人设计了一种非线性弹簧单元用于机器人的柔性关节，利用两个电机分别驱动关节两侧的单元结构，可以对关节进行拮抗式变刚度，通过旋转电位计可以获得关节具体刚度，具有一定的仿生特点

中国台湾大学黄汉邦教授等人基于杠杆原理，结合片簧和绳驱动提出一种机器人柔性关节，该机构的应用能够降低外界冲击。基于相同的调刚原理，武汉科技大学的郭龙等人利用片簧设计了一种可变刚度柔性关节，通过改变片簧的有效工作长度进行关节变刚度。另外，哈尔滨工业大学尹鹏等人以变比杠杆为核心机构，采用扭簧作为柔性元件，针对足式机器人设计了一种刚度连续可调的柔性旋转关节，并利用鲍登线作为力传递单元，实现关节轻量化设计

中国科学院沈阳自动化研究所的刘玉旺等人提出一种基于并联弹性驱动器的机器人柔性关节(SPVSA)，柔性关节两侧布置的弹簧为弹性元件，弹簧的两端分别安装滑块，利用钢丝绳将弹簧两端滑块与刚度调整滑块相互连接，以此作为力传递机构，机构中心的滚珠丝杠用于调整滑块之间的距离实现变刚度，两滑块间距离的变化实质是钢丝绳螺旋角传动比的改变。该驱动器理论上具有0～∞N·m的刚度范围，角度偏转为±18°，最大输出扭矩为25N·m，整体质量仅有0.48Kg，综合性能较好。

基于改变杠杆力臂的原理，武汉大学孙剑韬等人提出一种面向机器人的柔性关节SVSA-II，柔性关节的底部为阿基米德螺旋线凸轮盘齿轮，由调刚电机驱动，装置的上部为弹簧架和杠杆机构，输出轴固定于弹簧架。刚度调整机构由中心的阿基米德螺旋线凸轮盘与杠杆构成，调刚电机驱动中心的凸轮盘齿轮时，杠杆机构上的支点随凸轮盘上螺旋线槽移动，由此改变输入、输出力臂之比，实现杠杆变比调刚。

综合国内外具有代表性的机器人柔性关节对比，可以看出以下问题：（1）结构和控制较为简单，但能量损耗大，性能不稳定；（2）控制简单，但结构复杂，占用空间大，能量利用率低；（3）对于变刚度结构简单，能量损耗少的方案，其控制又偏复杂；（4）非弹簧类特制弹性元件的应力集中现象难以避免。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明提出一种变刚度弹性驱动器，该变刚度弹性驱动器能够大范围地调节输出刚度，结构轻便、紧凑，控制简单，具有适用性好的优点。

根据本发明的变刚度弹性驱动器，包括：

第一回转件和第二回转件，所述第一回转件能够绕第一轴线转动，所述第二回转件能够绕所述第一轴线转动；

弹性组件，所述弹性组件的长度方向垂直于第一方向，所述弹性组件关于所述第一轴线偏心设置，且所述弹性组件的至少一端与所述第一回转件相连，所述第一方向平行于所述第一轴线的延伸方向；

传动轮，所述传动轮能够绕所述第一轴线转动，所述传动轮与所述弹性组件配合，以使所述弹性组件产生形变，从而使所述第一回转件绕所述第一轴线转动；

行星轮组，所述行星轮组包括第一行星轮、第二行星轮和太阳轮，所述太阳轮能够绕所述第一轴线转动，所述第一行星轮和所述第二行星轮对称地设在所述太阳轮的两侧，所述第一行星轮和所述第二行星轮中的每一者与所述太阳轮和所述第一回转件中的每一者啮合；

支撑架，所述支撑架绕所述第一轴线可转动地设在所述第一回转件上，所述第一行星轮绕其轴向可转动地设在所述第一回转件上，所述第二行星轮绕其轴向可转动地设在所述第一回转件上；

输入轴，所述输入轴穿过所述支撑架，所述输入轴与所述传动轮和所述太阳轮中的每一者相连，所述输入轴适于能够与动力装置相连，以便驱动所述传动轮和所述太阳轮中的每一者绕所述第一轴线转动；

第一滚子和第二滚子，所述第一滚子和所述第二滚子对称地设在所述太阳轮的两侧，所述第一滚子和所述第二滚子中每一者的长度方向平行于所述第一方向，所述第一行星轮能够绕所述第一滚子的轴向转动，所述第二行星轮能够绕所述第二滚子的轴向转动，所述第一滚子和所述第二滚子中的每一者与所述第二回转件相连，以使所述第二回转件绕所述第一轴线转动；以及

驱动组件，所述驱动组件设在所述第二回转件上，所述驱动组件能够驱动所述第一滚子和所述第二滚子同时相向或背向移动相同的距离，以使所述第一回转件绕所述第一轴线转动，从而改变所述弹性组件的形变量。

根据本发明的变刚度弹性驱动器，输入轴能够与动力装置相连，动力装置以恒定的力矩驱动太阳轮和传动轮转动，传动轮使弹性组件产生初始形变，进而使第一回转件绕所述第一轴线转动，因此动力装置传递的刚性力矩能够通过弹性组件转化为第一回转件的柔性力矩。

行星轮组和第一回转件形成差动结构，第一行星轮能够绕第一滚子的轴向转动，第二行星轮能够绕第二滚子的轴向转动，从而，第一回转件的柔性力矩能够与行星轮组的刚性力矩复合形成对第一滚子和第二滚子的复合力矩，第一滚子和第二滚子又设在第二回转件上。因此，第一滚子和第二滚子将该复合力矩传递给第二回转件作为输出力矩。

此外，驱动组件能够驱动第一滚子和第二滚子相向或背向移动，由于差动作用，使第一回转件相对转动，能够改变弹性组件的形变量，从而能够改变第一回转件的柔性力矩，因此能够实现刚度的调控。

进一步地，所述弹性组件包括第一弹性组件和第二弹性组件，所述第一弹性组件的长度方向平行于所述第二弹性组件的长度方向，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件关于所述第一轴线中心对称，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件中的每一者与所述传动轮配合，所述第一弹性组件的两端与所述第一回转件相连，所述第二弹性组件的两端与所述第一回转件相连。

进一步地，所述第一弹性组件包括第一移动件、第一弹簧和第二弹簧，所述第一移动件设在所述第一弹簧和所述第二弹簧之间，所述第一移动件能够沿所述第一弹性组件的长度方向移动，所述第一弹簧的一端与所述第一移动件相连，所述第一弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述第二弹簧的一端与所述第一移动件相连，所述第二弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述传动轮与所述第一移动件啮合连接，以使所述第一移动件沿所述第一弹性组件的长度方向移动；

所述第二弹性组件包括第二移动件、第三弹簧和第四弹簧，所述第二移动件设在所述第三弹簧和所述第四弹簧之间，所述第二移动件能够沿所述第二弹性组件的长度方向移动，所述第三弹簧的一端与所述第二移动件相连，所述第三弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述第四弹簧的一端与所述第二移动件相连，所述第四弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述传动轮与所述第二移动件啮合连接，以使所述第二移动件沿所述第二弹性组件的长度方向移动，

其中，所述第一移动件的移动方向与所述第二移动件的移动方向相反。

进一步地，所述第一弹性组件还包括第一导杆，所述第一移动件、所述第一弹簧和第二弹簧中的每一者套设在所述第一导杆上；

所述第二弹性组件还包括第二导杆，所述第二移动件、所述第三弹簧和所述第四弹簧中的每一者套设在所述第二导杆上。

进一步地，所述第一行星轮包括第一导向槽，所述第一滚子的一端位于所述第一导向槽内，所述第一滚子能够在所述第一导向槽内沿所述太阳轮的径向移动，

所述第二行星轮包括第二导向槽，所述第二滚子的一端位于所述第二导向槽内，所述第二滚子能够在所述第二导向槽内沿所述太阳轮的径向移动。

进一步地，所述变刚度弹性驱动器还包括第一导向板和第二导向板，所述第一导向板设在所述第一行星轮上，所述第一导向槽设在所述第一导向板上，所述第二导向板设在所述第二行星轮上，所述第二导向槽设在所述第二导向板上。

进一步地，所述驱动组件包括：

第三移动件和第四移动件，所述第三移动件和所述第四移动件对称地设在所述太阳轮的两侧，所述第三移动件和所述第四移动件中的每一者沿所述太阳轮的径向可移动地设在所述第二回转件上，所述第一滚子设在所述第三移动件在所述第一方向上邻近所述第一行星轮的一侧，所述第二滚子设在所述第四移动件在所述第一方向上邻近所述第二行星轮的一侧，

驱动件，所述驱动件与所述第三移动件和所述第四移动件相连，以便驱动所述第三移动件和所述第四移动件同时相向或背向移动相同的距离。

进一步地，所述第二回转件包括传动盘，所述传动盘的外周面与所述第二回转件相连，所述传动盘设有滑槽，所述第三移动件设有与所述滑槽配合的第一滑动部，所述第四移动件设有与所述滑槽配合的第二滑动部。

进一步地，所述驱动件包括传动丝杠，所述传动丝杠的两端可转动地设在所述第二回转件上，所述传动丝杠包括旋向相反的第一螺纹段和第二螺纹段，所述第三移动件具有第一螺纹孔，所述第四移动件具有第二螺纹孔，所述第三移动件的第一螺纹孔与所述第一螺纹段配合，所述第四移动件的第二螺纹孔与所述第二螺纹段配合，所述传动丝杠的一端与所述驱动件的动力轴相连，以便驱动所述第三移动件和所述第四移动件同时相向或背向移动相同的距离。

进一步地，所述第一回转件还包括内啮合齿轮，所述内啮合齿轮设在所述第一回转件上，所述内啮合齿轮能够绕所述第一轴线转动，所述第一回转件的所述内啮合齿轮与所述第一行星轮和所述第二行星轮中的每一者啮合。

附图说明

图1是本发明的变刚度弹性驱动器的外部结构示意图；

图2是本发明的变刚度弹性驱动器的内部结构示意图；

图3是弹性组件的结构示意图；

图4是输入轴、行星轮组、支撑架、第一导向板和第二导向板配合时的结构示意图；

图5是驱动组件、第一滚子、第二滚子、第一导向板和第二导向板配合时的结构示意图；

图6是第一行星轮与第一导向板配合时，或者，第二行星轮与第二导向板配合时的结构示意图；

图7是传动盘、第三移动件和第四移动件配合时的结构示意图；

图8是传动盘、第三移动件和第四移动件配合时的结构示意图；

图9是第一回转件的部分结构示意图；

图10是内啮合齿轮的结构示意图。

附图标记：

第一转盘轴承10；第一外圈11；第一内圈12；

第二转盘轴承20；第二外圈21；第二内圈22；

第一回转件100；第一传动腔101；第二传动腔102；轴孔103；花键槽104；内啮合齿轮110；花键齿111；端板120；隔板130；

第二回转件200；传动盘210；滑槽211；输出盘220；输出轴221；

弹性组件300；第一弹性组件310；第一移动件311；第一弹簧312；第二弹簧313；第一导杆314；第二弹性组件320；第二移动件321；第三弹簧322；第四弹簧323；第二导杆324；

输入轴400；传动轮410；太阳轮420；第一行星轮430；第一转轴431；第二行星轮440；第二转轴441；支撑架450；第一导向板460；第一导向槽461；第二导向板470；第二导向槽471；

驱动组件500；驱动件510；传动丝杠520；第一螺纹段521；第二螺纹段522；第三移动件530；第一滑动部531；第四移动件540；第二滑动部541；

第一滚子610；第二滚子620。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图10所示，根据本发明实施例的变刚度弹性驱动器，包括第一回转件100、第二回转件200、弹性组件300、传动轮410、行星轮组、支撑架450、输入轴400、第一滚子610、第二滚子620和驱动组件500。

第一回转件100能够绕第一轴线转动，第二回转件200能够绕第一轴线转动，也就是说，第一回转件100和第二回转件200同轴设置。具体地，第一回转件100位于第二回转件200的内部。

如图1和图2所示，本发明实施例的变刚度弹性驱动器还包括第一转盘轴承10和第二转盘轴承20，第一转盘轴承10具有第一外圈11和第一内圈12，第二转盘轴承20具有第二外圈21和第二内圈22，本发明实施例的变刚度弹性驱动器通过第二转盘轴承20的第二外圈21进行安装固定，第一转盘轴承10的第一外圈11与第二转盘轴承20的第二内圈22固定连接，第一回转件100与第一转盘轴承10的第一内圈12固定连接，第二回转件200与第二转盘轴承20的第二内圈22固定连接。因此，第一回转件100能够相对第二回转件200绕第一轴线转动，第二回转件200能够绕第一轴线转动。

如图2和图9所示，第一回转件100具有端板120、隔板130、轴孔103、第一传动腔101和第二传动腔102，弹性组件300和传动轮410位于第一传动腔101内，行星轮组和支撑架450位于第二传动腔102内。第一传动腔101和第二传动腔102在第一方向（如图1中的上下方向）上通过隔板130间隔开，端板120与隔板130上下间隔布置，端板120与第一转盘轴承10的第一内圈12固定连接，第一传动腔101形成在端部和隔板130之间，轴孔103开设在隔板130上，且轴孔103连通第一传动腔101和第二传动腔102。因此，本发明实施例的变刚度弹性驱动器结构简单、紧凑，而且便于控制，适用性好。

如图10所示，第一回转件100还包括内啮合齿轮110，内啮合齿轮110具有花键齿111，第一回转件100具有花键槽104，内啮合齿轮110的花键齿111与第一回转件100的花键槽104配合，从而使内啮合齿轮110安装在第一回转件100上，第一行星轮430和第二行星轮440均通过内啮合齿轮110与第一回转件100啮合。

如图3所示，弹性组件300的长度方向垂直于第一方向，弹性组件300关于第一轴线偏心设置，且弹性组件300的至少一端与第一回转件100相连，第一方向平行于第一轴线的延伸方向。

传动轮410能够绕第一轴线转动，传动轮410与弹性组件300配合，传动轮410转动时，弹性组件300产生形变，从而使第一回转件100绕第一轴线转动，将动力装置（图中未示出）传递的刚性力矩通过弹性组件300转化为第一回转件100的柔性力矩。

如图4所示，行星轮组包括第一行星轮430、第二行星轮440和太阳轮420。太阳轮420能够绕第一轴线转动，第一行星轮430和第二行星轮440对称地设在太阳轮420的两侧，第一行星轮430和第二行星轮440中的每一者与太阳轮420和第一回转件100中的每一者啮合。也就是说，第一行星轮430、第二行星轮440、太阳轮420和第一回转件100形成差动结构。

支撑架450绕第一轴线可转动地设在第一回转件100上，第一行星轮430绕其轴向可转动地设在第一回转件100上，第二行星轮440绕其轴向可转动地设在第一回转件100上。即，第一行星轮430和第二行星轮440均通过支撑架450支撑，且第一行星轮430能够相对支撑架450绕自身的轴向转动，第二行星轮440能够相对支撑架450绕自身的轴向转动。具体地，第一行星轮430具有和第一行星轮430同轴的第一转轴431，第二行星轮440具有和第二行星轮440同轴的第二转轴441，第一转轴431和第二转轴441通过轴承支撑在支撑架450上。

输入轴400穿过支撑架450，且输入轴400与传动轮410和太阳轮420中的每一者相连。输入轴400能够与动力装置相连，因此能够驱动传动轮410和太阳轮420中的每一者绕第一轴线转动，进而使第一回转件100绕第一轴线转动，还能够使太阳轮420转动，并带动第一行星轮430和第二行星轮440，因此太阳轮420、第一行星轮430、第二行星轮440和第一回转件100产生差动，第一回转件100的柔性力矩能够与行星轮组的刚性力矩复合形成复合力矩。

如图2和图5所示，第一滚子610和第二滚子620对称地设在太阳轮420的两侧，第一滚子610和第二滚子620中每一者的长度方向平行于第一方向。第一行星轮430能够绕第一滚子610的轴向转动，第二行星轮440能够绕第二滚子620的轴向转动，第一滚子610和第二滚子620中的每一者与第二回转件200相连，以使第二回转件200绕第一轴线转动。因此，第一回转件100的柔性力矩能够与行星轮组的刚性力矩复合形成的复合力矩通过第一滚子610和第二滚子620传递给第二回转件200，再通过第二回转件200传递出形成输出力矩。

如图5所示，驱动组件500设在第二回转件200上，驱动组件500能够驱动第一滚子610和第二滚子620同时相向或背向移动相同的距离。第一滚子610和第二滚子620同时相向或背向移动时，由于差动作用，第一行星轮430和第二行星轮440能够促进或者抑制第一回转件100绕第一轴线转动，从而改变弹性组件300的形变量，从而能够改变第一回转件100的柔性力矩，进而改变复合力矩以及输出力矩，因此能够改变输出力矩的刚度。

具体地，第一滚子610和第二滚子620同时相向移动时，第一滚子610和第二滚子620与太阳轮420之间的距离减小，第一滚子610和第二滚子620会抑制第一回转件100的转动，弹性组件300进一步积蓄能量，从而会进一步增加弹性组件300的形变量，从而能够增大第一回转件100的柔性力矩，进而提高输出力矩的刚度。第一滚子610和第二滚子620同时背向移动时，第一滚子610和第二滚子620与太阳轮420之间的距离增大，第一滚子610和第二滚子620会促进第一回转件100的转动，弹性组件300的能量得到释放，从而会减小弹性组件300的形变量，从而能够减小第一回转件100的柔性力矩，进而减小输出力矩的刚度。

由此，本发明实施例的变刚度弹性驱动器能够大范围地调节输出刚度，结构轻便、紧凑，控制简单，具有适用性好的优点。

在一些实施例中，如图2和图3所示，弹性组件300包括第一弹性组件310和第二弹性组件320，第一弹性组件310的长度方向平行于第二弹性组件320的长度方向，第一弹性组件310和第二弹性组件320关于第一轴线中心对称，第一弹性组件310和第二弹性组件320中的每一者与传动轮410配合，第一弹性组件310的两端与第一回转件100相连，第二弹性组件320的两端与第一回转件100相连。因此，传动轮410转动时，能够使第一弹性组件310和第二弹性组件320产生相反的形变量，从而产生两个平行且相反的弹力，两个平行且相反的弹力形成柔性力矩并传递给第一回转件100。

第一弹性组件310包括第一移动件311、第一弹簧312、第二弹簧313和第一导杆314，第一移动件311、第一弹簧312和第二弹簧313中的每一者套设在第一导杆314上，第一移动件311设在第一弹簧312和第二弹簧313之间，第一移动件311能够沿第一弹性组件310的长度方向移动，第一弹簧312的一端与第一移动件311相连，第一弹簧312的另一端与第一回转件100相连，第二弹簧313的一端与第一移动件311相连，第二弹簧313的另一端与第一回转件100相连，传动轮410与第一移动件311啮合连接。传动轮410转动时，能够使第一移动件311沿第一弹性组件310的长度方向移动，从而使第一弹簧312和第二弹簧313中的一者被压缩，第一弹簧312和第二弹簧313中的另一者被拉伸，第一弹簧312和第二弹簧313产生的弹力方向相同且重合，因此，能够增加第一弹性组件310的形变量和产生的弹力大小，从而有利于变刚度弹性驱动器的输出刚度变化。

第二弹性组件320包括第二移动件321、第三弹簧322、第四弹簧323和第二导杆324，第二移动件321、第三弹簧322和第四弹簧323中的每一者套设在第二导杆324上，第二移动件321设在第三弹簧322和第四弹簧323之间，第二移动件321能够沿第二弹性组件320的长度方向移动，第三弹簧322的一端与第二移动件321相连，第三弹簧322的另一端与第一回转件100相连，第四弹簧323的一端与第二移动件321相连，第四弹簧323的另一端与第一回转件100相连，且第一移动件311的移动方向与第二移动件321的移动方向相反，传动轮410与第二移动件321啮合连接。传动轮410转动时，能够使第二移动件321沿第二弹性组件320的长度方向移动，从而使第三弹簧322和第四弹簧323中的一者被压缩，第三弹簧322和第四弹簧323中的另一者被拉伸，第三弹簧322和第四弹簧323产生的弹力方向相同且重合，因此，能够增加第二弹性组件320的形变量和产生的弹力大小，从而有利于变刚度弹性驱动器的输出刚度变化。

如图3所示，传动轮410可以为圆柱齿轮，第一移动件311和第二移动件321均可以设置与圆柱齿轮配合的齿条。

在一些实施例中，如图2-图6所示，本发明实施例的变刚度弹性驱动器还包括第一导向板460和第二导向板470，第一导向板460固定在第一行星轮430上，第二导向板470固定在第二行星轮440上，第一行星轮430包括第一导向槽461，第二行星轮440包括第二导向槽471，第一导向槽461设在第一导向板460上，第二导向槽471设在第二导向板470上。

第一滚子610的一端位于第一导向槽461内，第一滚子610能够在第一导向槽461内沿太阳轮420的径向移动，第二滚子620的一端位于第二导向槽471内，第二滚子620能够在第二导向槽471内沿太阳轮420的径向移动。

因此，第一导向槽461为第一滚子610起到导向作用，第二导向槽471为第二滚子620起到导向作用，而且第一导向板460和第二导向板470能够使第一导向槽461和第二导向槽471的长度不受第一行星轮430和第二行星轮440的尺寸限制，能够提高第一滚子610和第二滚子620的移动行程。

如图5所示，驱动组件500包括驱动件510、第三移动件530和第四移动件540，驱动件510还包括传动丝杠520。

第三移动件530和第四移动件540对称地设在太阳轮420的两侧，第三移动件530和第四移动件540中的每一者沿太阳轮420的径向可移动地设在第二回转件200上，第一滚子610设在第三移动件530在第一方向上邻近第一行星轮430的一侧，第二滚子620设在第四移动件540在第一方向上邻近第二行星轮440的一侧。

驱动件510与第三移动件530和第四移动件540相连，传动丝杠520的两端可转动地设在第二回转件200上，传动丝杠520包括旋向相反的第一螺纹段521和第二螺纹段522，第三移动件530具有第一螺纹孔，第四移动件540具有第二螺纹孔，第三移动件530的第一螺纹孔与第一螺纹段521配合，第四移动件540的第二螺纹孔与第二螺纹段522配合，传动丝杠520的一端与驱动件510的动力轴相连，因此，驱动件510带动传动丝杠520转动时，能够驱动第三移动件530和第四移动件540同时相向或背向移动相同的距离。

如图2所示，第二回转件200包括输出盘220和输出轴221，输出盘220与第二回转件200相连，输出轴221设在输出盘220上，且输出轴221、输出盘220、第一回转件100、第二回转件200和输入轴400同轴设置，因此，动力装置产生的刚性力矩通过输入轴400输入到本发明实施例的变刚度弹性驱动器，并在本发明实施例的变刚度弹性驱动器内转化为刚度可变的复合力矩，复合力矩经输出轴221输出形成输出力矩。

如图2、图7和图8所示，第二回转件200包括传动盘210，传动盘210的外周面与第二回转件200相连，传动盘210设有滑槽211，第三移动件530设有与滑槽211配合的第一滑动部531，第四移动件540设有与滑槽211配合的第二滑动部541。因此，第三移动件530和第四移动件540能够在驱动件510和传动丝杠520的驱动下同时相向或背向移动相同的距离。

可以理解的是，如图2所示，传动盘210能够设在驱动组件500的下方，滑槽211贯穿传动盘210的上表面和下表面，因此第一滚子610能够穿过滑槽211并伸入第一导向槽461内，第二滚子620能够穿过滑槽211并伸入第二导向槽471内。

传动盘210也能够设在驱动组件500的上方，第一滑动部531和第二滑动部541卡在滑槽211内，避免第三移动件530、第四移动件540与传动盘210脱离，此时，传动盘210也能够作为输出盘220将复合力矩输出。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种变刚度弹性驱动器，其特征在于，包括：

第一回转件和第二回转件，所述第一回转件能够绕第一轴线转动，所述第二回转件能够绕所述第一轴线转动；

弹性组件，所述弹性组件的长度方向垂直于第一方向，所述弹性组件关于所述第一轴线偏心设置，且所述弹性组件的至少一端与所述第一回转件相连，所述第一方向平行于所述第一轴线的延伸方向；

传动轮，所述传动轮能够绕所述第一轴线转动，所述传动轮与所述弹性组件配合，以使所述弹性组件产生形变，从而使所述第一回转件绕所述第一轴线转动；

行星轮组，所述行星轮组包括第一行星轮、第二行星轮和太阳轮，所述太阳轮能够绕所述第一轴线转动，所述第一行星轮和所述第二行星轮对称地设在所述太阳轮的两侧，所述第一行星轮和所述第二行星轮中的每一者与所述太阳轮和所述第一回转件中的每一者啮合；

支撑架，所述支撑架绕所述第一轴线可转动地设在所述第一回转件上，所述第一行星轮绕其轴向可转动地设在所述第一回转件上，所述第二行星轮绕其轴向可转动地设在所述第一回转件上；

输入轴，所述输入轴穿过所述支撑架，所述输入轴与所述传动轮和所述太阳轮中的每一者相连，所述输入轴适于能够与动力装置相连，以便驱动所述传动轮和所述太阳轮中的每一者绕所述第一轴线转动；

第一滚子和第二滚子，所述第一滚子和所述第二滚子对称地设在所述太阳轮的两侧，所述第一滚子和所述第二滚子中每一者的长度方向平行于所述第一方向，所述第一行星轮能够绕所述第一滚子的轴向转动，所述第二行星轮能够绕所述第二滚子的轴向转动，所述第一滚子和所述第二滚子中的每一者与所述第二回转件相连，以使所述第二回转件绕所述第一轴线转动；

驱动组件，所述驱动组件设在所述第二回转件上，所述驱动组件能够驱动所述第一滚子和所述第二滚子同时相向或背向移动相同的距离，以使所述第一回转件绕所述第一轴线转动，从而改变所述弹性组件的形变量。

2.根据权利要求1所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述弹性组件包括第一弹性组件和第二弹性组件，所述第一弹性组件的长度方向平行于所述第二弹性组件的长度方向，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件关于所述第一轴线中心对称，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件中的每一者与所述传动轮配合，所述第一弹性组件的两端与所述第一回转件相连，所述第二弹性组件的两端与所述第一回转件相连。

3.根据权利要求2所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述第一弹性组件包括第一移动件、第一弹簧和第二弹簧，所述第一移动件设在所述第一弹簧和所述第二弹簧之间，所述第一移动件能够沿所述第一弹性组件的长度方向移动，所述第一弹簧的一端与所述第一移动件相连，所述第一弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述第二弹簧的一端与所述第一移动件相连，所述第二弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述传动轮与所述第一移动件啮合连接，以使所述第一移动件沿所述第一弹性组件的长度方向移动；

所述第二弹性组件包括第二移动件、第三弹簧和第四弹簧，所述第二移动件设在所述第三弹簧和所述第四弹簧之间，所述第二移动件能够沿所述第二弹性组件的长度方向移动，所述第三弹簧的一端与所述第二移动件相连，所述第三弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述第四弹簧的一端与所述第二移动件相连，所述第四弹簧的另一端与所述第一回转件相连，所述传动轮与所述第二移动件啮合连接，以使所述第二移动件沿所述第二弹性组件的长度方向移动，其中，所述第一移动件的移动方向与所述第二移动件的移动方向相反。

4.根据权利要求3述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述第一弹性组件还包括第一导杆，所述第一移动件、所述第一弹簧和第二弹簧中的每一者套设在所述第一导杆上；

所述第二弹性组件还包括第二导杆，所述第二移动件、所述第三弹簧和所述第四弹簧中的每一者套设在所述第二导杆上。

5.根据权利要求1所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述第一行星轮包括第一导向槽，所述第一滚子的一端位于所述第一导向槽内，所述第一滚子能够在所述第一导向槽内沿所述太阳轮的径向移动，

所述第二行星轮包括第二导向槽，所述第二滚子的一端位于所述第二导向槽内，所述第二滚子能够在所述第二导向槽内沿所述太阳轮的径向移动。

6.根据权利要求5所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，还包括第一导向板和第二导向板，所述第一导向板设在所述第一行星轮上，所述第一导向槽设在所述第一导向板上，所述第二导向板设在所述第二行星轮上，所述第二导向槽设在所述第二导向板上。

7.根据权利要求6所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述驱动组件包括：

第三移动件和第四移动件，所述第三移动件和所述第四移动件对称地设在所述太阳轮的两侧，所述第三移动件和所述第四移动件中的每一者沿所述太阳轮的径向可移动地设在所述第二回转件上，所述第一滚子设在所述第三移动件在所述第一方向上邻近所述第一行星轮的一侧，所述第二滚子设在所述第四移动件在所述第一方向上邻近所述第二行星轮的一侧，

驱动件，所述驱动件与所述第三移动件和所述第四移动件相连，以便驱动所述第三移动件和所述第四移动件同时相向或背向移动相同的距离。

8.根据权利要求7所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述第二回转件包括传动盘，所述传动盘的外周面与所述第二回转件相连，所述传动盘设有滑槽，所述第三移动件设有与所述滑槽配合的第一滑动部，所述第四移动件设有与所述滑槽配合的第二滑动部。

9.根据权利要求8所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述驱动件包括传动丝杠，所述传动丝杠的两端可转动地设在所述第二回转件上，所述传动丝杠包括旋向相反的第一螺纹段和第二螺纹段，所述第三移动件具有第一螺纹孔，所述第四移动件具有第二螺纹孔，所述第三移动件的第一螺纹孔与所述第一螺纹段配合，所述第四移动件的第二螺纹孔与所述第二螺纹段配合，所述传动丝杠的一端与所述驱动件的动力轴相连，以便驱动所述第三移动件和所述第四移动件同时相向或背向移动相同的距离。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的变刚度弹性驱动器，其特征在于，所述第一回转件还包括内啮合齿轮，所述内啮合齿轮设在所述第一回转件上，所述内啮合齿轮能够绕所述第一轴线转动，所述第一回转件的所述内啮合齿轮与所述第一行星轮和所述第二行星轮中的每一者啮合。

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