CN113910213A - 一种机器人一体化驱动柔性驱动器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人关节柔性驱动技术领域，尤其涉及一种机器人一体化驱动柔性驱动器，包括，传动装置，包括固定架、转动轮、驱动轮一、驱动轮二，所述转动轮、驱动轮一以及驱动轮二安装在固定架的内侧，所述转动轮、驱动轮一、驱动轮二之间通过传动同步带传动连接，且所述转动轮、驱动轮一、驱动轮二呈三角形排布；驱动装置，驱动装置位于固定架的一侧，所述电机驱动驱动轮，上传动轴、下传动轴以及驱动轮呈三角形排布，所述上传动轴、下传动轴以及驱动轮之间通过驱动同步带传动，离合装置，用于使得驱动轮一、驱动轮二与电机联动或取消联动；采用直径不同的驱动轮一驱动轮二对转动轮进行驱动，可根据需要进行选择当前最适合的驱动轮。

Description

一种机器人一体化驱动柔性驱动器及其驱动方法

技术领域

本发明涉及机器人关节柔性驱动技术领域，尤其涉及一种机器人一体化驱动柔性驱动器及其驱动方法。

背景技术

柔性驱动器就是区别于刚性驱动器的一种驱动器，通过机械结构使驱动器表现出一定的柔性，如更顺滑的运动，更高的误差宽容性等。柔性驱动器通常配备特定的柔顺控制算法以达到“柔性”的目标，在机器人领域有着广泛的应用，传统的刚性驱动器已经不能满足机器人的需求。如足式机器人，在步行运动中总会受到地面的冲击，如何更好地吸收冲击能量并良好地控制腿部在冲击后的运动，需要做机械与控制方面的改进。而研究柔性驱动器就是其改进方向之一。

柔性驱动器，但是当下的柔性驱动器，由于大多采用单一速率的驱动方式，而柔性驱动器的驱动速率多和其采用驱动齿轮、链轮挂钩，驱动齿轮、链轮越大，周长就越长，大齿轮转的角速度慢，转速慢，则驱动效率越低，但是可以提供大一些的扭矩；相反，驱动齿轮、链轮越小，周长就越短，小齿轮转的角速度快，转速快，则驱动效率越高，但是无法提供大一些的扭矩；例如机器人搬运重物时和机器人空载动作展示时，对手臂活动要求不同，搬运重物需要系统大扭矩，动作慢点可以接受，而展示动作时则需要手臂快速活动，进而完成当前动作，当下的柔性驱动器无法满足该不同的需要，我们提供一种机器人一体化驱动柔性驱动器及其驱动方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人一体化驱动柔性驱动器及其驱动方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种机器人一体化驱动柔性驱动器，包括，

传动装置，包括固定架、转动轮、驱动轮一、驱动轮二，所述转动轮、驱动轮一以及驱动轮二安装在固定架的内侧，所述转动轮、驱动轮一、驱动轮二之间通过传动同步带传动连接，且所述转动轮、驱动轮一、驱动轮二呈三角形排布，转动轮的侧壁上对称分布有限位板，限位板的对称轴处转动连接有机械臂，所述限位板与扩张弹簧之间安装有弹性件；

驱动装置，包括电机、驱动同步带、上传动轴、下传动轴以及驱动轮，驱动装置位于固定架的一侧，所述电机驱动驱动轮，上传动轴、下传动轴以及驱动轮呈三角形排布，所述上传动轴、下传动轴以及驱动轮之间通过驱动同步带传动；

离合装置，离合装置位于驱动同步带和驱动轮一、驱动轮二的连接处，用于使得驱动轮一、驱动轮二与电机联动或取消联动。

优选的，所述传动同步带的外侧安装有两个辅助定位轮，所述两个辅助定位轮分别位于驱动轮二两侧的斜上方。

优选的，所述驱动轮一的直径大于驱动轮二，所述驱动轮一用于高扭力的传动，所述驱动轮二用于高转速的传动。

优选的，所述驱动同步带经过上传动轴、下传动轴以及驱动轮的表面；

其中，所述上传动轴由第一驱动套环、第一空转套环、第一楞凸轴以及第一柱状轴组成，所述第一驱动套环、第一空转套环之间为转动连接，所述第一楞凸轴和第一柱状轴为一体式结构，且所述第一柱状轴位于靠近驱动轮一的一端，第一驱动套环的内部开设有与第一楞凸轴形状吻合的通槽用于传动；

所述下传动轴由第二驱动套环、第二空转套环、第二楞凸轴以及第二柱状轴组成，所述第二驱动套环、第二空转套环之间为转动连接，所述第二楞凸轴和第二柱状轴为一体式结构，且所述第二楞凸轴位于靠近驱动轮二的一端，第二驱动套环的内部开设有与第二楞凸轴形状吻合的通槽用于传动。

优选的，所述驱动同步带的外侧套设有拨动框；

其中，拨动框由液压油缸驱动，所述液压油缸驱动拨动框移动将驱动同步带的位置在第一驱动套环和第一空转套环上切换。

优选的，所述驱动轮一位于转动轮的对立侧，所述驱动轮二位于转动轮和驱动轮一之间的下方。

优选的，所述上传动轴和下传动轴的两端均安装有挡环，用于阻挡驱动同步带，避免掉落。

优选的，所述弹性件具体为扩张弹簧。

优选的，所述机械臂被转动轮中部的中轴贯穿，机械臂以转动轮的中点为圆心进行转动。

优选的，一种机器人一体化驱动柔性驱动器的驱动方法，包括如下步骤：

A.通过电机驱动驱动轮一和驱动轮二之间任意一个转动，进而通过传动同步带驱动转动轮转动；

B.当转动轮转动时即会带动限位板转动并挤压对应的扩张弹簧进而实现机械臂的转动；

C.液压油缸带动拨动框对驱动同步带的位置进行拨动；

D.当驱动同步带位于第一驱动套环和第二空转套环上时，此时驱动轮一与驱动轮为联动状态，第二空转套环为空转状态，进而通过大直径的驱动轮一驱动，可实现高扭力的需要；

E.当驱动同步带位于第一空转套环和第二驱动套环上时，此时驱动轮二与驱动轮为联动状态，第一驱动套环为空转状态，进而通过小直径的驱动轮二驱动，可实现高转速的需要。

本发明至少具备以下有益效果：本发明采用直径不同的驱动轮一驱动轮二对转动轮进行驱动，且利用离合装置进行切换，可根据需要进行选择当前最适合的驱动轮，既能提供高负载所需的扭矩，同时又能保证较高的驱动速度，并且结构较为简单，驱动轮一和驱动轮二采用统一电机驱动，集成度高，对机器人内部空间占用少；同时将驱动轮一设置在转动轮的对立侧，而驱动轮二设置在下方，可保证需要高扭矩驱动轮一能提供较高的传动比，能够更好的吃力，减少动力损耗，在转动轮的对立侧可以满足该点要求，同时高转速情况下，配合辅助定位轮驱动轮二也能做到较好的动力输出；采用电机驱动驱动轮一和驱动轮二，降低所需的零部件数量，且结构简单，不易出现故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的示意图；

图2为拨动框的示意图；

图3为驱动机构的示意图；

图4为驱动机构的爆炸示意图；

图5为传动轴增加挡环的示意图；

图6为本发明传动轴连接部分的示剖视图；

图7为实施例二的正视图。

图中：1、固定架；2、机械臂；3、转动轮；4、驱动轮一；5、驱动轮二；6、传动同步带；7、辅助定位轮；8、限位板；9、扩张弹簧；10、电机；11、液压油缸；12、拨动框；13、驱动同步带；14、上传动轴；1401、第一驱动套环；1402、第一空转套环；1403、第一楞凸轴；1404、第一柱状轴；15、下传动轴；1501、第二驱动套环；1502、第二空转套环；1503、第二楞凸轴；1504、第二柱状轴；16、驱动轮；17、挡环；2001、转动链轮；2002、驱动链轮一；2003、驱动链轮二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

参照图1-6，一种机器人一体化驱动柔性驱动器，包括，

传动装置，包括固定架1、转动轮3、驱动轮一4、驱动轮二5，转动轮3、驱动轮一4以及驱动轮二5安装在固定架1的内侧，转动轮3、驱动轮一4、驱动轮二5之间通过传动同步带6传动连接，驱动轮一4的直径大于驱动轮二5，驱动轮一4用于高扭力的传动，驱动轮二5用于高转速的传动，且转动轮3、驱动轮一4、驱动轮二5呈三角形排布，驱动轮一4位于转动轮3的对立侧，驱动轮二5位于转动轮3和驱动轮一4之间的下方，传动同步带6的外侧安装有两个辅助定位轮7，两个辅助定位轮7分别位于驱动轮二5两侧的斜上方，转动轮3的侧壁上对称分布有限位板8，限位板8的对称轴处转动连接有机械臂2，机械臂2被转动轮3中部的中轴贯穿，机械臂2以转动轮3的中点为圆心进行转动，即机械臂2套装在中轴的外侧，中轴与固定架1固定，限位板8与扩张弹簧9之间安装有弹性件；

驱动装置，包括电机10、驱动同步带13、上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16，驱动装置位于固定架1的一侧，电机10驱动驱动轮16，上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16呈三角形排布，上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16之间通过驱动同步带13传动；

离合装置，离合装置位于驱动同步带13和驱动轮一4、驱动轮二5的连接处，用于使得驱动轮一4、驱动轮二5与电机10联动或取消联动，驱动同步带13经过上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16的表面；

其中，上传动轴14由第一驱动套环1401、第一空转套环1402、第一楞凸轴1403以及第一柱状轴1404组成，第一驱动套环1401、第一空转套环1402之间为转动连接，第一楞凸轴1403和第一柱状轴1404为一体式结构，且第一柱状轴1404位于靠近驱动轮一4的一端，第一驱动套环1401的内部开设有与第一楞凸轴1403形状吻合的通槽用于传动；

下传动轴15由第二驱动套环1501、第二空转套环1502、第二楞凸轴1503以及第二柱状轴1504组成，第二驱动套环1501、第二空转套环1502之间为转动连接，第二楞凸轴1503和第二柱状轴1504为一体式结构，且第二楞凸轴1503位于靠近驱动轮二5的一端，第二驱动套环1501的内部开设有与第二楞凸轴1503形状吻合的通槽用于传动。

驱动同步带13的外侧套设有拨动框12；

其中，拨动框12由液压油缸11驱动，液压油缸11驱动拨动框12移动将驱动同步带13的位置在第一驱动套环1401和第一空转套环1402上切换。

具体的，第一驱动套环1401和第一空转套环1402之间通过轴承转动连接，第二驱动套环1501和第二空转套环1502之间通过轴承转动连接，第一空转套环1402和第二空转套环1502端部凸起插设在轴承内圈，轴承的外圈与第一驱动套环1401或第二驱动套环1501固定连接。

具体的，上传动轴14和下传动轴15的两端均安装有挡环17，用于阻挡驱动同步带13，避免掉落。

具体的，弹性件具体为扩张弹簧9，扩张弹簧9的第一端与限位板8固定连接，扩张弹簧9的第二端与机械臂2固定连接。

本实施例中还提供一种机器人一体化驱动柔性驱动器的驱动方法，包括如下步骤：

A.通过电机10驱动驱动轮一4和驱动轮二5之间任意一个转动，进而通过传动同步带6驱动转动轮3转动；

B.当转动轮3转动时即会带动限位板8转动并挤压对应的扩张弹簧9进而实现机械臂2的转动；

C.液压油缸11带动拨动框12对驱动同步带13的位置进行拨动；

D.当驱动同步带13位于第一驱动套环1401和第二空转套环1502上时，此时驱动轮一4与驱动轮16为联动状态，第二空转套环1502为空转状态，进而通过大直径的驱动轮一4驱动，可实现高扭力的需要；

E.当驱动同步带13位于第一空转套环1402和第二驱动套环1501上时，此时驱动轮二5与驱动轮16为联动状态，第一驱动套环1401为空转状态，进而通过小直径的驱动轮二5驱动，可实现高转速的需要。

本方案具备以下工作过程：

液压油缸11带动拨动框12移动，即可带动驱动同步带13移动，当驱动同步带13位于第一驱动套环1401和第二空转套环1502上时，此时驱动轮一4通过第一楞凸轴1403和第一驱动套环1401的配合与驱动轮16为联动状态，第二空转套环1502由于不能与第二楞凸轴1503配合联动即为空转状态，进而通过大直径的驱动轮一4驱动，可实现高扭力的需要；同理，当驱动同步带13位于第一空转套环1402和第二驱动套环1501上时，此时驱动轮二5与驱动轮16为联动状态，第一驱动套环1401为空转状态，进而通过小直径的驱动轮二5驱动，可实现高转速的需要；当驱动轮一4或驱动轮二5转动时带动传动同步带6转动，进而带动转动轮3转动，转动轮3转动时，限位板8即会挤压对应的扩张弹簧9，使得机械臂2发生转动，同时将驱动轮一4设置在转动轮3的对立侧，而驱动轮二5设置在下方，可保证需要高扭矩驱动轮一4能提供较高的传动比，能够更好的吃力，减少动力损耗，在转动轮3的对立侧可以满足该点要求，同时高转速情况下，配合辅助定位轮7驱动轮二5也能做到较好的动力输出；采用电机10驱动驱动轮一4和驱动轮二5，降低所需的零部件数量，且结构简单，不易出现故障。

实施例二

参照图3、图4、图7，一种机器人一体化驱动柔性驱动器，包括，

传动装置，包括固定架1、转动链轮2001、驱动链轮一2002、驱动链轮二2003，转动链轮2001、驱动链轮一2002以及驱动链轮二2003安装在固定架1的内侧，转动链轮2001、驱动链轮一2002、驱动链轮二2003之间通过传动同步带6传动连接，驱动链轮一2002的直径大于驱动链轮二2003且驱动链轮一2002的齿数大于驱动链轮二2003，驱动链轮一2002用于高扭力的传动，驱动链轮二2003用于高转速的传动，且转动链轮2001、驱动链轮一2002、驱动链轮二2003呈三角形排布，驱动链轮一2002位于转动链轮2001的对立侧，驱动链轮二2003位于转动链轮2001和驱动链轮一2002之间的下方，传动同步带6的外侧安装有两个辅助定位轮7，两个辅助定位轮7分别位于驱动链轮二2003两侧的斜上方，转动链轮2001的侧壁上对称分布有限位板8，限位板8的对称轴处转动连接有机械臂2，机械臂2被转动链轮2001中部的中轴贯穿，机械臂2以转动链轮2001的中点为圆心进行转动，即机械臂2套装在中轴的外侧，中轴与固定架1固定，限位板8与扩张弹簧9之间安装有弹性件；

驱动装置，包括电机10、驱动同步带13、上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16，驱动装置位于固定架1的一侧，电机10驱动驱动轮16，上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16呈三角形排布，上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16之间通过驱动同步带13传动，

离合装置，离合装置位于驱动同步带13和驱动链轮一2002、驱动链轮二2003的连接处，用于使得驱动链轮一2002、驱动链轮二2003与电机10联动或取消联动，驱动同步带13经过上传动轴14、下传动轴15以及驱动轮16的表面；

其中，上传动轴14由第一驱动套环1401、第一空转套环1402、第一楞凸轴1403以及第一柱状轴1404组成，第一驱动套环1401、第一空转套环1402之间为转动连接，第一楞凸轴1403和第一柱状轴1404为一体式结构，且第一柱状轴1404位于靠近驱动链轮一2002的一端，第一驱动套环1401的内部开设有与第一楞凸轴1403形状吻合的通槽用于传动；

下传动轴15由第二驱动套环1501、第二空转套环1502、第二楞凸轴1503以及第二柱状轴1504组成，第二驱动套环1501、第二空转套环1502之间为转动连接，第二楞凸轴1503和第二柱状轴1504为一体式结构，且第二楞凸轴1503位于靠近驱动链轮二2003的一端，第二驱动套环1501的内部开设有与第二楞凸轴1503形状吻合的通槽用于传动。

驱动同步带13的外侧套设有拨动框12；

其中，拨动框12由液压油缸11驱动，液压油缸11驱动拨动框12移动将驱动同步带13的位置在第一驱动套环1401和第一空转套环1402上切换。

本实施例与实施例一的区别在于驱动轮和链轮，对应的驱动同步带13为链条，链轮和链条由于为合金材质，使用周期长。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，包括，

传动装置，包括固定架（1）、转动轮（3）、驱动轮一（4）、驱动轮二（5），所述转动轮（3）、驱动轮一（4）以及驱动轮二（5）安装在固定架（1）的内侧，所述转动轮（3）、驱动轮一（4）、驱动轮二（5）之间通过传动同步带（6）传动连接，且所述转动轮（3）、驱动轮一（4）、驱动轮二（5）呈三角形排布，转动轮（3）的侧壁上对称分布有限位板（8），限位板（8）的对称轴处转动连接有机械臂（2），所述限位板（8）与扩张弹簧（9）之间安装有弹性件；

驱动装置，包括电机（10）、驱动同步带（13）、上传动轴（14）、下传动轴（15）以及驱动轮（16），驱动装置位于固定架（1）的一侧，所述电机（10）驱动驱动轮（16），上传动轴（14）、下传动轴（15）以及驱动轮（16）呈三角形排布，所述上传动轴（14）、下传动轴（15）以及驱动轮（16）之间通过驱动同步带（13）传动；

离合装置，离合装置位于驱动同步带（13）和驱动轮一（4）、驱动轮二（5）的连接处，用于使得驱动轮一（4）、驱动轮二（5）与电机（10）联动或取消联动。

2.根据权利要求1所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述传动同步带（6）的外侧安装有两个辅助定位轮（7），所述两个辅助定位轮（7）分别位于驱动轮二（5）两侧的斜上方。

3.根据权利要求1所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述驱动轮一（4）的直径大于驱动轮二（5），所述驱动轮一（4）用于高扭力的传动，所述驱动轮二（5）用于高转速的传动。

4.根据权利要求1所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述驱动同步带（13）经过上传动轴（14）、下传动轴（15）以及驱动轮（16）的表面；

其中，所述上传动轴（14）由第一驱动套环（1401）、第一空转套环（1402）、第一楞凸轴（1403）以及第一柱状轴（1404）组成，所述第一驱动套环（1401）、第一空转套环（1402）之间为转动连接，所述第一楞凸轴（1403）和第一柱状轴（1404）为一体式结构，且所述第一柱状轴（1404）位于靠近驱动轮一（4）的一端，第一驱动套环（1401）的内部开设有与第一楞凸轴（1403）形状吻合的通槽用于传动；

所述下传动轴（15）由第二驱动套环（1501）、第二空转套环（1502）、第二楞凸轴（1503）以及第二柱状轴（1504）组成，所述第二驱动套环（1501）、第二空转套环（1502）之间为转动连接，所述第二楞凸轴（1503）和第二柱状轴（1504）为一体式结构，且所述第二楞凸轴（1503）位于靠近驱动轮二（5）的一端，第二驱动套环（1501）的内部开设有与第二楞凸轴（1503）形状吻合的通槽用于传动。

5.根据权利要求1所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述驱动同步带（13）的外侧套设有拨动框（12）；

其中，拨动框（12）由液压油缸（11）驱动，所述液压油缸（11）驱动拨动框（12）移动将驱动同步带（13）的位置在第一驱动套环（1401）和第一空转套环（1402）上切换。

6.根据权利要求3所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述驱动轮一（4）位于转动轮（3）的对立侧，所述驱动轮二（5）位于转动轮（3）和驱动轮一（4）之间的下方。

7.根据权利要求1所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述上传动轴（14）和下传动轴（15）的两端均安装有挡环（17），用于阻挡驱动同步带（13），避免掉落。

8.根据权利要求1所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述弹性件具体为扩张弹簧（9）。

9.根据权利要求1所述的一种机器人一体化驱动柔性驱动器，其特征在于，所述机械臂（2）被转动轮（3）中部的中轴贯穿，机械臂（2）以转动轮（3）的中点为圆心进行转动。

10.一种机器人一体化驱动柔性驱动器的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.通过电机（10）驱动驱动轮一（4）和驱动轮二（5）之间任意一个转动，进而通过传动同步带（6）驱动转动轮（3）转动；

B.当转动轮（3）转动时即会带动限位板（8）转动并挤压对应的扩张弹簧（9）进而实现机械臂（2）的转动；

C.液压油缸（11）带动拨动框（12）对驱动同步带（13）的位置进行拨动；

D.当驱动同步带（13）位于第一驱动套环（1401）和第二空转套环（1502）上时，此时驱动轮一（4）与驱动轮（16）为联动状态，第二空转套环（1502）为空转状态，进而通过大直径的驱动轮一（4）驱动，可实现高扭力的需要；

E.当驱动同步带（13）位于第一空转套环（1402）和第二驱动套环（1501）上时，此时驱动轮二（5）与驱动轮（16）为联动状态，第一驱动套环（1401）为空转状态，进而通过小直径的驱动轮二（5）驱动，可实现高转速的需要。

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