CN113954058B - 一种柔性执行器、工作方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性执行器、工作方法及机器人，解决了现有技术中控制算法复杂、调刚和工作角度范围有限、机构摩擦大、调刚响应慢和机械扰动大等问题，具有控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度，控制加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量，实现柔性执行器不同刚度的调节的有益效果，具体方案如下：一种柔性执行器，包括动力输入轴，多个电磁离合器同轴串联安装于动力输入轴，每一电磁离合器的止推板和电磁离合器传动架之间设置有弯曲弹性件，弯曲弹性件安装于传动架的套筒上并同传动架的挡板接触，弯曲弹性件通过传动架与电磁离合器的离合器输出齿轮连接，传动架与离合器输出齿轮固连并同轴转动。

Description

一种柔性执行器、工作方法及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种柔性执行器、工作方法及机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着机器人技术的不断发展，机器人不仅应用于传统的工业制造、生产装配等领域，也拓展至教育服务、医疗康复、动力外骨骼等人机交互领域，由于传统的机器人对精度要求较高，具有较高的刚性、更快的系统响应和高带宽，这一特性决定了其无法有效的缓冲冲击和减震，这在人机交互中会导致严重的伤害，在人机交互过程中需要提高机器人的安全性和柔顺性，提高机器人安全性和柔顺性的方法分为软件部分和硬件部分，软件部分通过响应的控制算法，如力/位复合控制，在一定程度上提高了机器人的柔顺性，但是，其外部传感器系统和控制算法较为复杂，传感器受环境影响，稳定性差。硬件方面，通过对机器人硬件的开发，例如，可变刚度执行器(VSA)，通过物理调节机器人输出刚度，通过调节变刚度机构的输出刚度，可以适应执行器在不同应用中的刚度需求，实时改变人机交互过程中机器人的交互刚度，实现缓冲和柔顺控制，当发生碰撞和较大的突变交互力时，降低机器人输出刚度，反之则输出较大的刚度，实现安全的柔顺交互的同时，保证机器人的控制精度。现有的变刚度执行器变刚度原理可分为四类：

1、更改弹性元件接入系统的平衡位置变刚度；

2、改变传动杠杆的比率变刚度；

3、变弹性元件的预紧力变刚度；

4、利用双弹性元件的拮抗作用变刚度。

尽管以上变刚度方法和对应的驱动执行器具有诸多优点，但是，发明人发现，现有的变刚度执行器存在一些问题，如变刚度范围有限，还存在控制算法复杂、机构复杂导致耦合干扰、刚度调节机构摩擦较大、关节旋转角度较小、变刚度响应速度较慢和刚度调节时机械扰动较大等问题，阻碍了其进一步的推广和应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种控制算法简单、变刚度范围大、结构简单、关节旋转角更广、刚度调节响应速度快且在连续变刚度时无机械扰动的柔性执行器，通过高低电平信号，控制加入柔性执行器的弹性元件的数量来调节柔性执行器输出的刚度，控制方式简单，而加入柔性执行器的弹性元件的刚度不同，柔性执行器的刚度调节理论上的范围可以从无穷小至无穷大，具有广泛的刚度调节范围，通过同轴安装摩擦盘传递扭矩的方法，降低了执行器连续调节刚度时的机械扰动，增加了系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种柔性执行器，包括动力输入轴，多个电磁离合器同轴串联安装于动力输入轴，每一电磁离合器的止推板和电磁离合器传动架之间设置有弯曲弹性件，弯曲弹性件安装于传动架的套筒上并同传动架的挡板接触，弯曲弹性件通过传动架与电磁离合器的离合器输出齿轮连接，传动架与离合器输出齿轮固连并同轴转动。

上述的柔性执行器，动力输入轴用于输入扭矩，扭矩通过离合器输出齿轮传递给传动架，再经过同弯曲弹性件接触的止推板传递出去，通过电磁离合器电磁线圈的通电状态变化，控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度，通过多个电磁离合通电状态的不同组合，控制加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量，实现柔性执行器不同刚度的调节。

如上所述的一种柔性执行器，所述传动架与所述离合器输出齿轮通过相同模数的内、外齿轮紧固连接，内、外齿轮仅起到紧固连接作用，二者之间没有相对转动。

如上所述的一种柔性执行器，所述弯曲弹性件包括两个，两个弯曲弹性件对称布置，每一弯曲弹性件的一端套于所述传动架两侧的套筒上，另一端同所述的止推板接触，对称布置的弯曲弹性件，可以避免柔性执行器在两个方向旋转时的机械振动，并确保两个方向具有相同的刚度设置。

如上所述的一种柔性执行器，所述止推板固定于外壳体，外壳体设于所述电磁离合器的外侧，使得扭矩经止推板传递至外壳体，并通过动力输出轴输出。

如上所述的一种柔性执行器，所述电磁离合器的数量大于等于3个，通过各电磁离合器的通电状态的不同组合，实现了加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量不同，进而实现柔性执行器不同刚度的调节。

如上所述的一种柔性执行器，所述外壳体的一侧设置动力输出轴，外壳体同动力输入轴通过轴承连接。

如上所述的一种柔性执行器，所述动力输入轴、动力输出轴分别设置编码器；动力输入轴的编码器用来测量动力输入轴的旋转角度，动力输出轴的编码器通过联轴器与柔性输出轴同轴安装，以测量经刚度调节后的输出轴旋转角度，两个编码器之间的差值，即为弹性件的压缩偏转角。

动力输入轴同驱动部件连接，驱动部件、编码器分别同控制器连接，控制器可为PID控制器，能够用于柔性执行器在不同刚度下的轨迹跟踪效果。

如上所述的一种柔性执行器，还包括导电滑环，导电滑环安装于所述的动力输入轴，导电滑环用于内部电磁离器的旋转连通，防止线路因旋转造成的纠缠，实现柔性执行器无限制的连续旋转，执行器具有广泛的工作角度；而且解决了现有的变刚度关节旋转角较小的问题。

如上所述的一种柔性执行器，还包括安装于所述动力输出轴的力传感器以测量动力输出轴的输出扭矩，通过两个编码器之间的差值即可得出压缩偏转角，从而获得柔性执行器扭矩和压缩偏转角之间的关系，用于进行柔性执行器的刚度性能试验。

本发明还公开了一种柔性执行器的工作方法，包括如下内容：

当电磁线圈通电时，产生的磁力将被动摩擦盘吸附在主动摩擦盘上，通过两摩擦盘将动力输入轴的扭矩传递给被动摩擦盘，最后将扭矩从离合器输出齿轮传递给传动架，再经过与弯曲弹性件接触的止推板传递给外壳体和动力输出轴；

当电磁线圈断电时，电磁离合器线圈失去磁力，同时被动摩擦盘和主动摩擦盘分离，此时动力传递中断，电磁线圈和主动摩擦盘将随着动力输入轴独立旋转，经过电磁线圈通电状态的变化，控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过控制加入弯曲弹性件的数量来调节柔性执行器的输出刚度。

第三方面，本发明还提供了一种机器人，采用所述的一种柔性执行器。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过动力输入轴用于输入扭矩，扭矩通过离合器输出齿轮传递给传动架，再经过同弯曲弹性件接触的止推板传递至外壳体和动力输出轴，通过电磁离合器电磁线圈的通电状态变化，控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度，通过多个电磁离合通电状态的不同组合，控制加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量，实现柔性执行器不同刚度的调节；整体机械结构简单，在调节刚度时，机构只有微小的变化，变刚度响应速度快，解决了现有技术在连续变刚度时发生机械扰动的问题，稳定性高。

2)本发明通过对称布置的弯曲弹性件，可以避免柔性执行器在两个方向旋转时的机械振动，并确保两个方向具有相同的刚度设置。

3)本发明通过动力输入轴的编码器用来测量动力输入轴的旋转角度，动力输出轴的编码器通过联轴器与柔性输出轴同轴安装，以测量经刚度调节后的输出轴旋转角度，两个编码器之间的差值，即为弹性件的压缩偏转角。

4)本发明通过两个编码器之间的差值即可得出压缩偏转角，在通过力传感器获取动力输出轴输出的扭矩，从而获得柔性执行器扭矩和压缩偏转角之间的关系，用于进行柔性执行器的刚度性能试验。

5)本发明柔性执行器，整体结构简单降低耦合干扰，通过控制加入柔性执行器的弹性件的数量来调节系统输出的刚度，刚度调节范围广、刚度调节准确度高，解决了现有技术在刚度调节过程中的侧向屈曲的问题；控制策略主要是通过对电磁离合通电状态的不同组合即可实现控制，不需要增加额外的传感器即可控制刚度调节机构的输出刚度，整个刚度调节的控制策略极为简单，降低了整体控制系统的复杂度。

6)本发明通过控制加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量，实现柔性执行器不同刚度的调节，动力输入轴安装有导电滑环，解决了现有的变刚度关节旋转角较小的问题，利用摩擦盘摩擦传动的原理，本发明变刚度时只发生摩擦盘之间小于1mm的微位移，减少了调节刚度时机构的物理结构变化，解决了现有变刚度关节在变刚度时摩擦较大和响应较慢的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明柔性执行器整机传动示意图。

图2是本发明刚度调节机构示意图。

图3是本发明刚度调节机构装配图。

图4是本发明刚度调节机构俯视图。

图5是本发明电磁离合器传动架与弯曲弹性件装配示意图。

图6是本发明弯曲弹性件示意图。

图7是本发明可替换刚性元件示意图。

图8是本发明分析执行器动力学的理论模型示意图。

图9(a)是本发明弯曲弹性件扭矩-压缩角分析示意图。

图9(b)是本发明弯曲弹性件弯曲弹性件角位移示意图。

图10(a)是本发明弯曲弹性件扭矩随着偏转角变化示意图。

图10(b)是本发明弯曲弹性件随着偏转角变化的弹性势能示意图。

图11是本发明进行试验研究的扭矩-压缩角曲线示意图。

图12(a)是实施例二阶跃信号响应实验刚度K2(0.4802Nm/rad)无负载和加负载响应对比曲线示意图。

图12(b)是实施例二阶跃信号响应实验刚度K1+K2+K3(4.1522Nm/rad)无负载和加负载响应对比曲线示意图。

图13(a)是实施例二正弦信号轨迹跟踪试验刚度K2(0.4802Nm/rad)无负载响应曲线示意图。

图13(b)是实施例二正弦信号轨迹跟踪试验刚度K2(0.4802Nm/rad)加负载响应曲线示意图。

图13(c)是实施例二正弦信号轨迹跟踪试验刚度K1+K2+K3(4.1522Nm/rad)无负载响应曲线示意图。

图13(d)是实施例二正弦信号轨迹跟踪试验刚度K1+K2+K3(4.1522Nm/rad)加负载响应曲线示意图。

图14是本发明实施例二连续变刚度响应曲线示意图。

图15(a)是本发明实施例二刚度K12(1.6532Nm/rad)抗干扰测试曲线示意图。

图15(b)是本发明实施例二刚度K123(4.1522Nm/rad)抗干扰测试曲线示意图。

图15(c)是本发明实施例二刚度K1234(8.5502Nm/rad)抗干扰测试曲线示意图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1、动力输入轴2、电磁离合器，3、动力输出轴，4、离合器输出齿轮，5、外壳体，6、电磁离合器传动架，7、挡板，8、弯曲弹性件，9、套筒，10、电磁线圈，11、主动摩擦盘，12、被动摩擦盘，13、驱动电机，14、动力输入轴编码器，15、导电滑环，16、动力输出轴编码器，17、动力输入轴旋转角度θ₁，18、动力输出轴旋转角度q，19、压缩偏转角θ₂，20、止推板，21、力传感器，22、刚性元件。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的现有技术中控制算法复杂、变刚度范围有限、机构复杂导致耦合干扰、刚度调节机构摩擦较大、关节旋转角度较小、变刚度响应速度较慢和刚度调节时机械扰动较大等问题，本发明提出了一种柔性执行器。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1、图2和图4、图5所示，一种柔性执行器，包括动力输入轴1，多个电磁离合器2同轴串联安装于动力输入轴，每一电磁离合器的止推板20和电磁离合器传动架6之间设置有弯曲弹性件8，弯曲弹性件8安装于传动架的套筒9上并同传动架的挡板7接触，弯曲弹性件8通过传动架与电磁离合器2的离合器输出齿轮4连接，电磁离合器传动架6与离合器输出齿轮4固连并同轴转动，形成离合器输出齿轮4至弯曲弹性件8的动力传递链。

参考图4和图5所示，本实施例的弯曲弹性件8采用弯曲弹簧，用作弹性元件，电磁离合器传动架6与离合器输出齿轮4通过相同模数的内、外齿轮紧固连接，内、外齿轮仅起到紧固连接作用，二者之间没有相对转动，电磁离合器传动架6为一个环形结构，环形结构一端连接挡板7，挡板7两侧连接两个弧形的套筒9，套筒9用于固定弯曲弹性件。

在其他一些示例中，参考图7所示，通过弧形的刚性元件22来替换弯曲弹性件。

参考图5和图6所示，弯曲弹性件包括两个，每一个弯曲弹性件8为半圆形结构，两个弯曲弹性件对称8布置，每一弯曲弹性件8的一端套于电磁离合器传动架6两侧的套筒9上，另一端同止推板20接触，对称布置的弯曲弹性件8，可以避免柔性执行器在两个方向旋转时的机械振动，并确保两个方向具有相同的刚度设置。

具体的，动力输入轴1用于输入扭矩，扭矩通过离合器输出齿轮4传递给传动架6，再经过同弯曲弹性件接触的止推板20传递出去，通过电磁离合器电磁线圈的通电状态变化，控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度，通过多个电磁离合器2通电状态的不同组合，控制加入柔性执行器的弯曲弹性件8的数量，实现柔性执行器不同刚度的调节。

参考图1所示，止推板20固定于外壳体5，外壳体5设于电磁离合器2的外侧，使得扭矩经止推板20传递至外壳体5，并通过动力输出轴3输出；外壳体5的一侧设置动力输出轴3，动力输出轴3同外壳体5内的动力输入轴1通过轴承连接，动力输出轴同外壳体连接。

电磁离合器2的数量大于等于3个，通过各电磁离合器2的通电状态的不同组合，实现了加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量不同，进而实现柔性执行器不同刚度的调节；

参考图2所示，本实施例使用四个电磁离合器2等距同轴串联安装在动力输入轴1上。

参考图1和图3所示，可以理解的是，动力输入轴1、动力输出轴3分别设置编码器；动力输入轴编码器14用来测量动力输入轴旋转角度17，动力输出轴编码器18通过联轴器与柔性输出轴同轴安装，以测量经刚度调节后的动力输出轴旋转角度18，两个编码器之间的差值，即为弹性件的压缩偏转角19。通过两个编码器之间的差值即可得出压缩偏转角19，再通过力传感器21获取动力输出轴输出的扭矩，从而获得柔性执行器扭矩和压缩偏转角19之间的关系，用于进行柔性执行器的刚度性能试验。

本实施例的动力输入轴编码器14采用带齿轮的旋转增量式编码器，通过齿轮传动与动力输入轴1连接，用来测量动力输入轴1的旋转角度。

动力输入轴1同驱动部件连接，本实施例的驱动部件采用驱动电机13，驱动电机13与动力输入轴1，联轴器同轴安装，电机扭矩通过联轴器传递给动力输入轴1，再由输入轴传递到电磁离合器2，然后由电磁离合器啮合框架的输入扭矩传递至弯曲弹性件8，弹性件的输出扭矩最终成为外壳体的驱动扭矩。

驱动部件、编码器分别同控制器连接，控制器可为PID控制器，能够用于柔性执行器在不同刚度下的轨迹跟踪效果。

柔性执行器还包括导电滑环15，导电滑环15和电磁离合器2同轴安装于动力输入轴1，导电滑环15用于内部电磁离合器2的旋转连通，防止线路因旋转造成的纠缠，实现柔性执行器无限制的连续旋转，具有广泛的工作角度。

实施例二：

本实施例分析实施例一中的柔性执行器的理论模型，然后分析弯曲弹性件的理论模型；

柔性执行器动力学建模：

θ₂＝θ₁-q

其中q，θ₁，θ₂分别是动力输出轴旋转角度18，动力输入轴旋转角度17，和压缩偏转角19，M，J分别是动力输出轴，动力输入轴的反射惯性，C,D分别是动力输出轴和动力输出轴的等效阻尼系数，G(q)是用于补偿动力输出轴的重力扭矩，τ_d(t)被用于补偿柔性执行器运行时的负载扭矩、摩擦产生的额外扭矩、内部阻尼和由于柔性执行器制造精度带来的不确定扰动扭矩。μ代表了驱动电机上的等效转矩，τ(γ,θ₂)为弯曲弹性件8弹性扭矩。

τ的值由：τ＝K_N×θ₂得出，其中K_N是柔性执行器器的输出刚度。

参考图9和图10所示，显示了第i个弯曲弹性件8的示意图(单向旋转使用了4个弯曲弹性件8，i＝1至4)，反向旋转使用4个弯曲弹性件，柔性执行器共安装有8个弯曲弹性件8。输出框架的驱动扭矩为逆时针方向，弯曲弹性件以偏转角θ₂压缩。根据胡克定律得出：

τ＝K×θ₂＝F_i×r

其中，F_i为止推板20的反作用力，r为动力输入轴1中心至弯曲弹性件8距离(0.026m)，K为单个弯曲弹性件刚度(Nm/rad)。

柔性执行器输出刚度为四个弯曲弹性件8的共同作用，为了防止柔性执行器损坏，一个电磁离合器2为常闭，控制相应弯曲弹性件8(K2)接入系统，另外三个弯曲弹性件8数量的排列组合，柔性执行器共有8个不同的刚度输出状态，采用的弯曲弹性件理论刚度值如表1-1所示：

弯曲弹性件8理论储能公式：

(i＝1至4)

最后得到弯曲弹性件扭矩随着偏转角变化结果和弯曲弹性件随着偏转角变化的弹性势能结果如图10(a)和图10(b)所示。

进行试验研究：

对于使用的不同刚度的弯曲弹性件8，测量柔性执行器扭矩和偏转角之间的关系，利用力传感器来测量执行器的扭矩，通过输入轴编码器和柔性输出轴编码器之间的差值即可得出压缩偏转角θ₂。图11中的实线表示实际测试刚度，点线表示曲线结果。图中结果表明，理论曲线与实验曲线结果较为吻合。表2-1为线性拟合：f(x)＝p₁×x+p₂，拟合刚度曲线参数如表2-1所示：

表2-1柔性执行器输出刚度拟合曲线表

其中，K1＝0.4802x+0.02535；K2＝1.173x+0.08818；K3＝2.499x+0.03294；K4＝4.398x+0.4578；由图11和表可得K1＝0.4802Nm/rad，K2＝1.173Nm/rad，K3＝2.499Nm/rad，K4＝4.398Nm/rad；不同刚度弯曲弹性件的组合，刚度调节机构输出刚度取值如表2-2所示：

表2-2柔性执行器不同刚度设置

阶跃信号相应试验：

所设计的柔性执行器两种输出刚度，较低的输出刚度K2(0.4802Nm/rad)和较高的输出刚度K1+K2+K3(4.1522Nm/rad).为了获得较好的轨迹跟踪实验效果，设计PID控制器，研究柔性执行器在不同刚度下的轨迹跟踪效果，选择阶跃信号：0-120度进行轨迹跟踪实验，PID参数取值如表3-1所示。

表3-1 PID控制器参数

阶跃响应实验结果如图12(a)-图12(b)所示，可以看出，在较低刚度条件下，位置阶跃响应周期为883ms，稳态误差基本为0。随着刚度值的增加，柔性执行器的弯曲弹性件8参与数量也在增加，较高刚度情况时，响应周期降低，约为785ms，稳态误差几乎为零，说明所设计的柔性执行器的阶跃响应在无负载、负载和高输出刚度和低输出刚度情况下具有良好的位置控制效果。

正弦信号轨迹跟踪实验：

测试柔性执行器在固定刚度下，对正弦信号的目标跟踪性能，选择信号：正弦信号：

进行轨迹跟踪实验，激励信号参数设定如表4-1：

表4-1正弦信号参数设定

参考图13(a)-图13(d)所示，在无负载情况下，两个在轨迹跟踪性能方面的表现相似，较低刚度和较高刚度均具有良好的位置控制效果，都具有较低的跟随误差，因为在这种情况下，负载干扰很小，相同负载情况下，较低刚度输出状态的执行器跟随误差始终大于较高刚度输出状态的柔性执行器，但是都具有良好的跟踪趋势，说明所设计的柔性执行器的正弦函数跟踪在无负载和负载情况下具有较为稳定的位置控制效果和性能。

连续变刚度实验：

在无负载时，在柔性执行器对正弦函数

进行跟踪过程中，调节柔性执行器的刚度，由较高刚度K1234(K1+K2+K3+K4，8.5502Nm/rad)调节至较低刚度K12(K1+K2,1.6532Nm/rad)。

参考图14所示，0-10s为较高刚度的响应曲线，10-20s为中刚度响应曲线，20-30s为较低刚度的响应曲线。从实验结果可以看出，无负载时，曲线跟踪效果较好，可以看出，在进行刚度变换时，验证了所设计的执行器可以连续调节输出刚度，且在刚度调节时，几乎无机械扰动。

碰撞安全实验：

为了更好的检测柔性执行器的适应性和安全性，对所设计的柔性执行器进行碰撞试验，对其施加十次冲击；

参考图15(a)-图15(c)所示：刚度越高，其抗扰动性能更加优越，当刚度较低时，展现出良好的柔顺性，验证了柔性执行器可以有效地适应外来冲击。

本实施例首先分析了柔性执行器的刚度调节原理和机械结构的设计，并建立了其数学模型，对柔性执行器的静态刚度性能进行了测试，得到了扭矩和弹簧位移角之间的关系，然后进行执行器跟踪阶跃信号实验，验证了柔性执行器目标角度的跟踪效果，又进行了正弦信号轨迹跟踪实验，验证了柔性执行器在固定刚度输出状态的跟踪性能，然后进行了连续变刚度实验，验证了柔性执行器的变刚度性能，最后，安全冲击实验验证了柔性执行器的减震和能量存储能力。

实施例三：

本发明还公开了一种柔性执行器的工作方法，包括如下内容：

当电磁线圈10通电时，产生一定的磁力将被动摩擦盘12吸附在主动摩擦盘11上，通过两摩擦盘将动力输入轴的扭矩传递给被动摩擦盘12，最后将扭矩从离合器输出齿轮4传递给传动架6，再经过与弯曲弹性件8接触的止推板传递给外壳体5；

当电磁线圈10断电时，电磁离合器2线圈失去磁力，同时被动摩擦盘12和主动摩擦盘11分离，此时动力传递中断，电磁线圈10和主动摩擦盘11将随着动力输入轴1独立旋转，经过电磁线圈10通电状态的变化，控制弯曲弹性件8是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度。

当具有较小刚度的弯曲弹簧被接入柔性执行器时，柔性执行器输出刚度趋近于无穷小，当完全刚性的元件被接入柔性执行器时，柔性执行器的输出刚度几乎无限大，此时柔性执行器输出刚度取决于弯曲弹性件不同刚度材料的选用。

具体的，电磁离合器2闭合或断开，相应的弯曲弹性件被加入或者脱离柔性执行器，通过电磁离合控制多个弹性件接入柔性执行器数量，从而实现输出刚度的调节。

实施例四：

本发明还提供了一种机器人，采用实施例一中的一种柔性执行器进行工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性执行器，其特征在于，包括动力输入轴，多个电磁离合器同轴串联安装于动力输入轴，每一电磁离合器对应的止推板和电磁离合器传动架之间设置有弯曲弹性件，弯曲弹性件安装于传动架的套筒上并同传动架的挡板接触，弯曲弹性件通过传动架与电磁离合器的离合器输出齿轮连接，传动架与离合器输出齿轮固连并同轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种柔性执行器，其特征在于，所述传动架与所述离合器输出齿轮通过相同模数的内外齿轮紧固连接。

3.根据权利要求1所述的一种柔性执行器，其特征在于，所述弯曲弹性件包括两个，两个弯曲弹性件对称布置，每一弯曲弹性件的一端套于所述传动架两侧的套筒上，另一端同所述的止推板接触。

4.根据权利要求1所述的一种柔性执行器，其特征在于，所述止推板固定于外壳体，外壳体设于所述电磁离合器的外侧。

5.根据权利要求1所述的一种柔性执行器，其特征在于，所述电磁离合器的数量大于等于3个，通过各电磁离合器的通电状态的不同组合，实现了加入柔性执行器的弯曲弹性件的数量不同，进而实现柔性执行器不同刚度的调节。

6.根据权利要求4所述的一种柔性执行器，其特征在于，所述外壳体的一侧设置动力输出轴，外壳体同动力输入轴通过轴承连接；还包括安装于所述动力输出轴的力传感器以测量动力输出轴的输出扭矩。

7.根据权利要求6所述的一种柔性执行器，其特征在于，所述动力输入轴、动力输出轴分别设置编码器；

动力输入轴同驱动部件连接，驱动部件、编码器分别同控制器连接。

8.根据权利要求1所述的一种柔性执行器，其特征在于，还包括导电滑环，导电滑环安装于所述的动力输入轴。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种柔性执行器的工作方法，其特征在于，包括如下内容：

当电磁线圈通电时，产生的磁力将被动摩擦盘吸附在主动摩擦盘上，通过两摩擦盘将动力输入轴的扭矩传递给被动摩擦盘，最后将扭矩从离合器输出齿轮传递给传动架，再经过与弯曲弹性件接触的止推板传递给外壳体；

当电磁线圈断电时，电磁离合器线圈失去磁力，同时被动摩擦盘和主动摩擦盘分离，此时动力传递中断，电磁线圈和主动摩擦盘将随着动力输入轴独立旋转，经过电磁线圈通电状态的变化，控制弯曲弹性件是否接入动力传递链，通过弯曲弹性件的刚度来调节柔性执行器的输出刚度。

10.一种机器人，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的一种柔性执行器。

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