CN210793400U - 一种柔性线性驱动装置及足式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种柔性线性驱动装置及足式机器人。主要采用的技术方案为：柔性线性驱动装置包括电动直线驱动装置本体和拉压力传感器；其中，电动直线驱动装置本体具有相对设置第一端和第二端，且第一端、第二端用于连接被驱动件；电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端安装有拉压力传感器，用于感应柔性线性驱动装置与被驱动件之间的连接处的受力信息。一种足式机器人包括关节驱动机构；关节驱动机构包括第一关节件、第二关节件及上述的柔性线性驱动装置；柔性线性驱动装置的一端与第一关节件连接、另一端与第二关节件连接。本实用新型主要用于提供一种柔性线性驱动装置，以对被驱动件进行柔性驱动。

Description

一种柔性线性驱动装置及足式机器人

技术领域

本实用新型涉及一种线性驱动技术领域，特别是涉及一种柔性线性驱动装置及足式机器人。

背景技术

仿生学是“模仿生物的科学”。仿生机器人是仿生学与机器人领域应用需求的结合产物。从机器人的角度来看，仿生智能机器人则是机器人技术发展的高级阶段。

足式机器人是一种模仿人类或动物站立和行走跳跃等运动特点的机器人。足式机器人涉及到了多门学科的交叉融合。足式机器人是多关节系统；而足式机器人的关节驱动控制研究是国内外学术界和工业界的难点。

传统机器人的关节驱动主要是采用工业伺服电机或数字舵机驱动机器人的关节运动、以及采用液压系统驱动及其人的关节驱动。但是，这两种传统的驱动方式存在如下技术问题：(1)工业伺服电机或者数字舵机中的电机是关节圆形旋转结构，存在如下无法克服的实际工程问题：第一、能效比低：由于减速和传动机构往往质量比较大，能量大部分用来消耗在电机关节上。第二、成本高昂：关节需要的扭转力巨大，因此需要较高的传动齿轮加工精度，造成了生产制造成本高等问题，极大的阻碍了足式机器人的应用；(2)液压系统存在控制系统复杂、液压系统体积较大等难以克服的工程技术问题。并且，液压系统的庞大和冗余，令其成本造价极其高昂，难以实现大规模商业化和民用化。

基于传统的机器人的关节驱动存在的上述技术问题，本申请发明人的前期工程研究中(如专利申请号为201821601711.4和201821601708.2的专利)首次提出采用电动直线驱动装置作为足式机器人的关节驱动元件，从而优化了足式机器人的本体结构,提高了足式机器人关节驱动机构的能效比、降低足式机器人的制造成本。

在此，电动直线驱动装置是一种将电机的旋转运动转变为线性往复运动的电力驱动装置，具有结构简单、紧凑、传动效率高、动作可靠等优点，在各个领域有着广泛的应用。

在本申请发明人的进一步研究中，发明人发现：现有的电动直线驱动装置均是刚性驱动元件，这样的足式机器人的关节驱动是一种非力控驱动方式；即，足式机器人的控制系统按照设定的运动路线控制电动直线驱动装置对机器人的关节施加力，使机器人按照设定路线进行动作。但是，在外界条件下，这种非力控的驱动方式会使足式机器人很容易产生碰撞、且稳定性差。因为，真实环境的力学状态是非线性的多变量复杂空间系统，靠非力控方式是无法解决和实现足式机器人的稳定性控制问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种柔性线性驱动装置及足式机器人，主要目的在于提供一种柔性线性驱动装置，能对被驱动件(如，足式机器人的关节件和本体)进行柔性驱动(即，力控的驱动方式)。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

一方面，本实用新型的实施例提供一种柔性线性驱动装置，其包括：

电动直线驱动装置本体，所述电动直线驱动装置本体具有相对设置第一端和第二端，且所述第一端、第二端用于连接被驱动件；

拉压力传感器，所述电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端安装有所述拉压力传感器，用于感应所述柔性线性驱动装置与被驱动件之间的连接处的受力信息。

优选的，所述电动直线驱动装置本体的第一端、第二端均连接有连接件；其中，所述连接件与被驱动件上的连接件构成转动副、球头副、球副、铰链中的任一种。

优选的，所述电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端与拉压力传感器的一端连接，拉压力传感器的另一端与连接件连接。

优选的，所述拉压力传感器的一端设置有第一螺纹紧固件，所述第一螺纹紧固件与所述电动直线驱动装置本体上的螺纹孔适配；

所述拉压力传感器的另一端设置有第二螺纹紧固件，所述第二螺纹紧固件与连接件上的螺纹孔适配。

优选的，所述电动直线驱动装置本体包括：

推杆组件，所述推杆组件包括推杆和套设于所述推杆之外的套筒；其中，所述推杆具有相对设置的第一端和第二端；所述推杆的第一端位于所述套筒内、所述推杆的第二端位于所述套筒外；

驱动组件，所述驱动组件与所述推杆驱动连接，用于驱动所述推杆在沿着所述推杆的延伸方向相对于所述套筒做直线运动；

其中，所述推杆的第二端为所述电动直线驱动装置本体的第一端；所述推杆的第二端与所述拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另一端连接有连接件。

优选的，所述驱动组件包括：

电机；

齿轮减速机构，所述电机与所述齿轮减速机构驱动连接；

丝杆，所述齿轮减速机构与所述丝杆驱动连接，驱动所述丝杆转动；所述丝杆上套装有螺母，其中，所述螺母与所述推杆连接，以使转动的丝杆推动所述推杆相对于所述套筒做直线运动。

优选的，所述电机内设有控制元件，用于根据所述拉压力传感器感应的信号，控制所述电机的运动。

优选的，所述电动直线驱动装置本体设置成由推杆和套筒组成的笔筒式结构；其中，所述电机安装在所述套筒内；所述推杆的内部为中空腔体，所述丝杆、齿轮减速机构安装在所述中空腔体内；

其中，所述套筒的具有相对设置的第一端和第二端；所述推杆的第二端从所述套筒的第一端处伸出；所述套筒的第二端为所述电动直线驱动装置本体的第二端，且所述套筒的第二端连接有连接件。

优选的，所述电动直线驱动装置本体还包括底座；其中，

所述推杆组件、电机均安置在所述底座上；所述减速机构安置在所述底座内；

所述底座上的远离所述推杆组件的一端为电动直线驱动装置本体的第二端，且所述电动直线驱动装置本体的第二端连接有连接件。

优选的，所述电动直线驱动装置本体还包括：

磁性件，所述磁性件与所述电机连接，且随着所述电机的转子轴转动；

霍尔装置，所述霍尔装置套设在所述磁性件上，且所述霍尔装置与所述磁性件之间存在设定间隙；所述霍尔装置通过感应所述磁性件的磁场变化，反馈所述电机的转数。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种足式机器人，其包括关节驱动机构，其中，所述关节驱动机构包括：

第一关节件；

第二关节件，所述第二关节件与第一关节件连接；且所述第二关节件与第一关节件的连接处形成具有至少一个自由度的关节；

柔性线性驱动装置，所述柔性线性驱动装置为上述的柔性线性驱动装置；

其中，所述柔性线性驱动装置的一端与所述第一关节件连接、另一端与所述第二关节件连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种柔性线性驱动装置及足式机器人关节驱动机构至少具有下列优点：

一方面，本实用新型实施例提供的柔性线性驱动装置通过在电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端处安装拉压力传感器，以感应到柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力信息；从而使的控制系统根据该受力能调节柔性线性驱动装置的驱动速度，使得柔性线性驱动装置能对被驱动件(如，足式机器人的关节件)进行柔性驱动(力控驱动)。

另一方面，本实用新型实施例提供的一种足式机器人，通过采用上述的柔性线性驱动装置，从而根据关节件的实际受力对柔性线性驱动装置的驱动速度、位移进行调控，实现对关节件进行柔性驱动(力控驱动)。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的实施例提供的一种柔性线性驱动装置的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例提供的另一种柔性线性驱动装置的结构分解示意图；

图3是本实用新型的实施例提供的一种拉压力传感器的结构示意图；

图4是本实用新型的实施例提供的一种足式机器人的关节驱动机构的结构示意图；

图5是本实用新型的实施例提供的另一种足式机器人的关节驱动机构的结构示意图；

图6是柔性线性驱动装置在受到压力时的示意图；

图7是柔性线性驱动装置在模式二状态下的示意图；

图8是柔性线性驱动装置在受到拉力时的示意图；

图9是柔性线性驱动装置在模式三状态下的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种柔性线性驱动装置，具体包括：电动直线驱动装置本体和拉压力传感器2。其中，电动直线驱动装置本体具有相对设置的第一端和第二端(即，沿着电动直线驱动装置本体的直线运动的方向上的第一端和第二端)；且第一端、第二端用于连接被驱动件。其中，电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端安装有拉压力传感器，用于感应柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力信息(如，感应受力是拉力，还是压力，以及受力的具体大小)。

本实施例提供的柔性线性驱动装置通过在电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端处安装拉压力传感器，以感应到柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力；从而使控制系统根据该受力能调节柔性线性驱动装置的驱动速度，使得柔性线性驱动装置能对被驱动件(如，足式机器人的关节件)进行柔性驱动(力控驱动)。

例如，本实施例提供的柔性线性驱动装置应用到足式机器人的踝关节关节驱动机构(踝关节关节驱动机构中的小腿、脚掌为被驱动件或关节件)中时：柔性线性驱动装置中的拉压力传感器作为力感装置，能感应柔性线性驱动装置与关节件连接点的力(该力会受到外力的影响)，机器人控制系统会根据感应到的这个力，对柔性线性驱动装置的直线驱动位移和/或速度进行控制，实现对足式机器人的状态进行控制；即实现了对机器人关节件进行力控，进而能提高足式机器人的稳定性。

在此，现有技术的那种采用刚性电动直线驱动装置在受到外界碰撞时，会不稳定，或直接撞倒；而应用本实施例提供的柔性线性驱动装置的机器人，受到外界的力时，控制系统会感应到关节件受到的力，进而对柔性线性驱动装置进行控制，使得关节件处的受力得到调整，从而使机器人处于稳定的状态。

实施例2

如图1和图2所示，本实施例提供一种柔性线性驱动装置，与上一实施例相比，本实施例进一步进行如下设计：

电动直线驱动装置本体的第一端、第二端均连接有连接件(在此，电动直线驱动装置本体的第一端、第二端不管是否安装有拉压力传感器；但是，第一端、第二端均会连接有连接件(在此的连接包括直接连接或间接连接)，以实现与被驱动件的连接；并且，电动直线驱动装置本体的第一端上连接的连接件定义为第一连接件31、电动直线驱动装置本体的第二端上连接的连接件定义为第二连接件32；第一连接件31、第二连接件32的结构可以相同，也可以不同；与第一连接件31连接的被驱动件为第一被驱动件、与第二连接件32连接的被驱动件为第二被驱动件)。其中，连接件与被驱动件上的连接件构成转动副、球头副、球副、铰链中的任一种。

进一步的，电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端与拉压力传感器的一端连接，拉压力传感器的另一端与连接件连接。若电动直线驱动装置本体的第一端安装有拉压力传感器2，那么电动直线驱动装置本体的第一端先与拉压力传感器2的一端连接，拉压力传感器2的另一端再与连接件连接(即，电动直线驱动装置本体的第一端与连接件间接连接)。若电动直线驱动装置本体的第一端不安装拉压力传感器2，那么电动直线驱动装置本体的第一端直接与连接件连接(即，电动直线驱动装置本体的第一端与连接件直接连接)。

较佳地，本实施例及下述实施例中的柔性线性驱动装置中，仅电动直线驱动装置本体的第一端安装拉压力传感器。

实施例3

如图1至图3所示，较佳地，本实施例提供一种柔性线性驱动装置，与上一实施例相比，本实施例中的拉压力传感器2的结构及与电动直线驱动装置本体、连接件的连接方式如下：

拉压力传感器2的一端设置有第一螺纹紧固件21，第一螺纹紧固件21与电动直线驱动装置本体上的螺纹孔适配。拉压力传感器2的另一端设置有第二螺纹紧固件22，所述第二螺纹紧固件22与连接件上的螺纹孔适配。

较佳地，拉压力传感器2包括主体20、第一螺纹紧固件21、第二螺纹紧固件22；其中，主体20包括壳体及设置在壳体内的电路及电子元器件。第一螺纹紧固件21设置在主体20的一端、第二螺纹紧固件22设置在主体20的另一端；主体20上还设置有接线端23。其中，第一螺纹紧固件21、第二螺纹紧固件22、主体20上的壳体为一体式结构。

实施例4

如图1和图2、图4和图5所示，本实施例提供一种柔性线性驱动装置，与上述实施例相比，本实施例柔性线性驱动装置中的电动直线驱动装置本体的具体结构如下：

所述电动直线驱动装置本体包括：推杆组件11和驱动组件。其中，推杆组件11包括推杆110和套设于所述推杆之外的套筒111；其中，所述推杆110具有相对设置的第一端和第二端；所述推杆110的第一端位于所述套筒111内、所述推杆110的第二端位于所述套筒111外。驱动组件与推杆110驱动连接，用于驱动推杆110在沿着所述推杆的延伸方向相对于所述套筒111做直线运动。

进一步的，驱动组件包括：电机、行星齿轮减速机构(当然也可以选用普通的齿轮减速机构)及丝杆；其中，电机与行星齿轮减速机构驱动连接；行星齿轮减速机构与丝杆驱动连接，驱动丝杆转动；丝杆上套装有螺母，其中，螺母与推杆连接，以使转动的丝杆推动推杆相对于所述套筒做直线运动。

在此，推杆110的第二端为电动直线驱动装置本体的第一端；且推杆的第二端与拉压力传感器2的一端，拉压力传感器2的另一端连接第一连接件31。

较佳地，本实施例中的电动直线驱动装置本体的外形可以设置成以下两种形状：

第一种，如图2所述的笔筒式结构：电动直线驱动装置本体设置成由推杆110和套筒111组成的笔筒式结构；其中，电机122安装在所述套筒111内；所述推杆110的内部为中空腔体，所述丝杆、行星齿轮减速机构安装在所述中空腔体内。

其中，所述套筒111的具有相对设置的第一端和第二端；所述推杆110的第二端从套筒111的第一端(敞口端)处伸出。

在此，所述套筒111第二端为所述电动直线驱动装置本体的第二端，且所述套筒111的第二端直接连接第二连接件32。

第二种，如图1所述的底座式结构：所述电动直线驱动装置本体还包括底座13；其中，推杆组件11、电机122(电机122上连接有电线121)均安置在所述底座13上；行星减速机构安置在底座13内。

在此，底座13上的远离推杆组件的一端为电动直线驱动装置本体的第二端，且所述电动直线驱动装置本体的第二端上设置有第二连接件32。

实施例5

如图2所示，本实施例提供一种柔性线性驱动装置，与上述实施例相比，本实施例柔性线性驱动装置中的电动直线驱动装置本体还设置有霍尔装置，具体如下：

电动直线驱动装置本体还包括：磁性件123和霍尔装置124；磁性件123与所述电机122连接，且随着所述电机122的转子轴转动；霍尔装置124套设在所述磁性件123上，且所述霍尔装置124与所述磁性件之间存在设定间隙；所述霍尔装置通124过感应所述磁性件123的磁场变化，反馈所述电机122的转数。

本实施例通过在电机122的尾端上安装一磁性件123，且使磁性件123能随着转子轴转动，并使霍尔装置124套设在磁性件123上，从而感应出磁性件123的磁场变化，进而能准确地反馈出电机122的转数；这样在本实施例的柔性线性驱动装置应用于机器人的关节驱动中时(当然，也可以用于于其他驱动技术中，在此以机器人的关节驱动为例进行说明)，机器人的控制器能根据霍尔装置124感应的信号，准确检测出推杆110的位置、速度及加速度，最终实现对机器人关节的运动进行精确控制。

较佳地，本实施例中的磁性件123的安装位置如下：电机122的转子轴具有相对设置的首端和尾端；其中，转子轴的首端与形星齿轮减速机构驱动连接；磁性件123固定在转子轴的尾端上(即，电机的尾端)。

较佳地，本实施例中的磁性件为磁铁。

较佳地，霍尔装置124包括霍尔电路板和霍尔元件；其中，霍尔元件安装在霍尔电路板上，且霍尔元件与霍尔电路板形成套状结构，以套在磁性件上；霍尔元件环绕磁性件设置。在此，霍尔电路板与磁性件的远离电机的一端相对设置，霍尔电路板相当于套状结构的底部，而霍尔元件相当于套状结构的筒部(筒部可以是完整的一圈，也可以中间有缺失的部分，在此不做具体限制)。较佳地，霍尔元件为两个，且两个霍尔元件相对设置。在此，霍尔元件不限于两个，也可以为一个或多个。

本实施例是以图2所示的柔性线性驱动装置为例说明如何安装霍尔装置。当然，图1所示的柔性线性驱动装置也是以上方式安装霍尔装置(图1未示出霍尔装置等结构)。

上述实施例提供的线性柔性驱动装置可以应用到任一种工业机电设备中(不仅仅限定于足式机器人领域中)，以实现柔性驱动。下面的实施例是以应用到足式机器人领域中为例进行详细说明。

实施例6

另一方面，本实施例还提供一种足式机器人。本实施例的足式机器人主要为1米以上的大型机器人；当然也可以是1米以下的小型机器人。

其中，该足式机器人包括关节驱动机构，其中，如图4和图5所示，足式机器人包括：第一关节件4、第二关节件5及至少一个柔性线性驱动装置1。其中，第二关节件5与第一关节件4连接，且连接处形成具有至少一个自由度的关节。每一柔性线性驱动装置1具有相对设置的第一端和第二端；其中，柔性线性驱动装置1的第一端与第一关节件4连接、第二端与第二关节件5连接，以在柔性线性驱动装置1的驱动下，调整关节的角度；其中，第一关节件4、第二关节件5、及每一柔性线性驱动装置1之间构成一个三角形电驱动结构。

本实施例中的柔性线性驱动装置1为实施例1-实施例5任一实施例中所述的柔性线性驱动装置。

较佳地，柔性线性驱动装置的第一端上的第一连接件31与第一关节件上4的连接件连接；其中，第一连接件与第一关节件上的连接件形成转动副、球头副、球副、铰链中的一种。柔性线性驱动装置的第二端上的第二连接件32与第二关节件的连接件连接；其中，第二连接件32与第二关节件上的连接件形成转动副、球头副、球副、铰链中的一种。

较佳地，第一关节件4和第二关节件5通过铰链或虎克副连接，具体选择铰链或者虎克副根据关节的自由度要求而定。

本实施例中的关节驱动机构可以为机器人上的任一关节驱动机构，如踝关节驱动机构、膝关节驱动机构、髋关节驱动机构等等。若本实施例中的关节驱动机构为踝关节驱动机构时，第一关节件为小腿、第二关节件为脚掌。若本实施例中的关节驱动机构为膝关节驱动机构时，第一关节件为大腿、第二关节件为小腿。若本实施例中的关节驱动机构为髋关节驱动机构时，第一关节件为腰部，第二关节件为大腿。当然，本实施例中的足式机器人包括踝关节驱动机构、膝关节驱动机构、髋关节驱动机构。

实施例7

较佳地，本实施例提供一种驱动控制系统，以配合上述实施例中的柔性线性驱动装置实现对被驱动件的柔性驱动。

一方面，本实施例中，驱动控制系统包括：第一参数设置模块、第二参数设置模块、信息采集模块、计算模块、控制模块。

其中，第一参数模块主要是用于设置参考接触力F_ref。

第二参数设置模块主要是用于设置K1和/或K2；其中，

V_delta＝k1×F_delta；F_delta指的是柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力变化值；V_delta指的是柔性线性驱动装置的驱动速度(推杆的移动速度)变化值。

S_delta＝k2×F_delta；F_delta指的是柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力变化值；S_delta指的是柔性线性驱动装置的驱动位移(推杆的位移)变化值。

在此，本申请提及的术语“驱动速度”指的是柔性线性驱动装置活动端的直线运动速度(如，柔性线性驱动装置中的推杆的直线运动速度)。本申请提及的术语“驱动位移”指的是柔性线性驱动装置活动端的直线运动位移(如，柔性线性驱动装置中的推杆的直线运动位移)

其中，K1速度控制系数(即，用于控制柔性线性驱动装置的驱动速度变化)、K2是位移控制系数(即，用于控制柔性线性驱动装置的驱动位移变化)。

信息采集模块，用于实时采集拉压力传感器感应到的柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力。

计算模块，根据采集到的拉压力传感器感应到的柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力、设置的参考接触力F_ref计算出柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力变化值F_delta；进一步计算出需要柔性线性驱动装置改变驱动速度的驱动速度变化值V_delta、或驱动位移(推杆的位移)变化值S_delta；最终计算出柔性线性驱动装置的实时驱动速度V、实时驱动位移S。

上述的驱动控制系统可以是独立于柔性线性驱动装置的一个控制元件。也可以是置于柔性线性驱动装置上(如，连接在柔性线性驱动装置中的电机上)的控制元件。

在此，以足式机器人为例说明：上述驱动控制系统通过以下步骤配合柔性线性驱动装置对足式机器人的关节件进行柔性驱动：

1)设定参考接触力F_ref、速度控制系数K1、位移控制系数K2；

2)对足式机器人的柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力，进行实时采集，得到实时受力值F；

3)计算出实时受力值F与参考接触力F_ref之间的差值，得到实时受力变化值F_delta；

在该步骤中，根据式(1)计算出受力实时变化值F_delta：

F-F_ref＝F_delta 式(1)

在该步骤中，参考接触力F_ref是人为设定的，具体根据被驱动件(如，机器人的关节件)的实际工况设定。较佳地，可以设定成人类或外界物体接触触碰物体的压力，具体地，该压力＝感知压强阈值(如，人类或外界物体的感知压强阈值)×接触面积(如，人或外界物体与被驱动件的接触面积)；较佳地，接触面积设置成1cm²-100cm²。

4)根据受力实时变化值F_delta计算出柔性线性驱动装置的实时驱动速度V和/或驱动位移S。

该步骤中，通过式(2)、式(3)计算出柔性线性驱动装置的实时驱动速度V：

V_delta＝k1×F_delta 式(2)；

V＝V_initial+V_delta 式(3)；

该步骤中，通过式(4)、式(5)计算出柔性线性驱动装置的实时驱动位移S。

S_delta＝k2×F_delta 式(4)；

S＝S₀+S_delta 式(5)；

另外，柔性线性驱动装置实时驱动位移与实时驱动速度相关，具体如下：

式(2)的微分形式为dS/dt＝dS/dt|initial+k1×F_delta；

S_delta＝S-S0＝k2×F_delta；

由此可见：dS＝k2×F_delta。

在此，K1是人为设定的，具体根据被驱动件在实际工况下，要求的柔性线性驱动装置的V_delta值决定；如机器人的某一关节件(被驱动件)在某一工况下(例如精细动作)要求的V_delta极限值是1mm/s-1cm/s；而在另一工况下(例如作为机械臂使用时)要求的V_delta极限值是1m/s-10m/s。

同理，K2是人为设定的，具体根据被驱动件在实际工况下，要求的柔性线性驱动装置的S_delta值决定。

上述K1、K2是人为设定的；其设置的值直接决定柔顺效果和阻抗效果。

参见图6至图9所示，下面通过举例说明K1的设定，是如何直接决定柔顺效果和阻抗效果：

在此，图6至图9中的柔性线性驱动装置中的拉压力传感器2用于感应压力或拉力。

例1：在X轴坐标系下，若柔性线性驱动装置上的拉压力传感器感应到的受力状态为压力状态。如图6所示，设定柔性线性驱动装置的初始驱动速度V_initial＝0，在设定压力情况下,力F为负(X负向)。

模式一：若K1为负值，则柔性线性驱动装置的驱动速度V增加(V为负值),导致F_delta持续增大。该模式为阻力模式。

模式二：若K1为正值，则柔性线性驱动装置的驱动速度V减小到X轴负向，导致F_delta持续减小直到0，即压力为F_ref处，并维持力学平衡匀速运动。该模式为柔顺模式，参见图7所示。

在此，柔性线性驱动装置用于连接关节件的连接处一旦受力，就减速(驱动速度V减小)，力F开始减小，F_delta变为负值，V_delta为正，V开始减速，导致F_delta减小直到0，即压力为F_ref处,并维持力学平衡，匀速运动。

例2：在X轴坐标系下，若柔性线性驱动装置上的拉压力传感器感应到的受力状态拉力状态时：如图8所示，拉力情况下，力F为X正向。

模式三：若K1为正值，则柔性线性驱动装置的驱动速度V增加,最的简单情况是：设定F_ref＝0，则：

V_delta＝k1×F_delta＝k1×(F-F_ref)＝k1×F；

若拉力F越大、驱动速度V越大；若拉力F越小、驱动速度v越小,拉力F为0，则驱动速度v＝0。模式三为柔顺模式，参见图9所示。

模式四：若K1为负值，设定F_ref＝0，若拉力小，则反向速度小；若拉力F越大，则反向速度越大。该模式为阻抗模式。

综上，K1若为正值，则柔性线性驱动装置的驱动速度变化值V_delta和力F同向，相应的模式为柔顺模式；K1为负值，则柔性线性驱动装置的驱动速度变化值V_delta和力F相反向，相应的模式阻抗模式。

同理，K2若为正值，则柔性线性驱动装置的驱动位移变化值S_delta和力F同向，相应的模式为柔顺模式；K2为负值，则柔性线性驱动装置的驱动位移变化值S_delta和力F相反向，相应的模式阻抗模式。

综上所述，本实用新型提供的一种柔性线性驱动装置，通过在电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端处安装拉压力传感器，以感应到柔性线性驱动装置与被驱动件之间连接处的受力；从而使的控制系统根据该受力能调节柔性线性驱动装置的驱动速度，使得柔性线性驱动装置能对被驱动件进行柔性驱动(力控驱动)。另外，本实用新型提供的一种足式机器人，通过采用上述的柔性线性驱动装置，从而根据关节件的受力对柔性线性驱动装置的驱动速度、位移进行调控，实现对关节件进行柔性驱动。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种柔性线性驱动装置，其特征在于，其包括：

电动直线驱动装置本体，所述电动直线驱动装置本体具有相对设置第一端和第二端，且所述第一端、第二端用于连接被驱动件；

拉压力传感器，所述电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端安装有所述拉压力传感器，用于感应所述柔性线性驱动装置与被驱动件之间的连接处的受力信息。

2.根据权利要求1所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，

所述电动直线驱动装置本体的第一端、第二端均连接有连接件；

其中，所述连接件与被驱动件上的连接件构成转动副、球头副、球副、铰链中的任一种。

3.根据权利要求2所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述电动直线驱动装置本体的第一端和/或第二端与拉压力传感器的一端连接，拉压力传感器的另一端与连接件连接。

4.根据权利要求3所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述拉压力传感器的一端设置有第一螺纹紧固件，所述第一螺纹紧固件与所述电动直线驱动装置本体上的螺纹孔适配；

所述拉压力传感器的另一端设置有第二螺纹紧固件，所述第二螺纹紧固件与连接件上的螺纹孔适配。

5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述电动直线驱动装置本体包括：

推杆组件，所述推杆组件包括推杆和套设于所述推杆之外的套筒；其中，所述推杆具有相对设置的第一端和第二端；所述推杆的第一端位于所述套筒内、所述推杆的第二端位于所述套筒外；

驱动组件，所述驱动组件与所述推杆驱动连接，用于驱动所述推杆在沿着所述推杆的延伸方向上相对于所述套筒做直线运动；

其中，所述推杆的第二端为所述电动直线驱动装置本体的第一端；所述推杆的第二端与所述拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另一端连接有连接件。

6.根据权利要求5所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述驱动组件包括：

电机；

齿轮减速机构，所述电机与所述齿轮减速机构驱动连接；

丝杆，所述齿轮减速机构与所述丝杆驱动连接，驱动所述丝杆转动；所述丝杆上套装有螺母，其中，所述螺母与所述推杆连接，以使转动的丝杆推动所述推杆相对于所述套筒做直线运动。

7.根据权利要求6所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述电机内设有控制元件，用于根据所述拉压力传感器感应的信号，控制所述电机的运动。

8.根据权利要求6所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述电动直线驱动装置本体设置成由推杆和套筒组成的笔筒式结构；其中，所述电机安装在所述套筒内；所述推杆的内部为中空腔体，所述丝杆、齿轮减速机构安装在所述中空腔体内；

其中，所述套筒的具有相对设置的第一端和第二端；所述推杆的第二端从所述套筒的第一端处伸出；

所述套筒的第二端为所述电动直线驱动装置本体的第二端，且所述套筒的第二端连接有连接件。

9.根据权利要求6所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述电动直线驱动装置本体还包括底座；其中，

所述推杆组件、电机均安置在所述底座上；所述减速机构安置在所述底座内；

所述底座上的远离所述推杆组件的一端为电动直线驱动装置本体的第二端，且所述电动直线驱动装置本体的第二端连接有连接件。

10.根据权利要求8或9所述的柔性线性驱动装置，其特征在于，所述电动直线驱动装置本体还包括：

磁性件，所述磁性件与所述电机连接，且随着所述电机的转子轴转动；

霍尔装置，所述霍尔装置套设在所述磁性件上，且所述霍尔装置与所述磁性件之间存在设定间隙；所述霍尔装置通过感应所述磁性件的磁场变化，反馈所述电机的转数。

11.一种足式机器人，其包括关节驱动机构，其特征在于，所述关节驱动机构包括：

第一关节件；

第二关节件，所述第二关节件与第一关节件连接；且所述第二关节件与第一关节件的连接处形成具有至少一个自由度的关节；

柔性线性驱动装置，所述柔性线性驱动装置为权利要求1-10任一项所述的柔性线性驱动装置；

其中，所述柔性线性驱动装置的一端与所述第一关节件连接、另一端与所述第二关节件连接。

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