CN211103992U - 一种弹簧槽式串联弹性驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种弹簧槽式串联弹性驱动器，该驱动器为一种高度紧凑型串联弹性驱动器，主要包括输入法兰、弹簧、轴承、输出法兰和编码器。输入法兰与输出法兰通过轴承进行连接安装，两者能够实现可靠相对转动。在输入法兰上设计有两个弹簧半槽结构，在输出法兰上设计有两个弹簧半槽结构。当输入法兰与输出法兰通过轴承安装到位后，输入法兰上两个弹簧半槽将与输出法兰上两个弹簧半槽共同构成两完整弹簧槽。在每一弹簧槽内嵌入一弹簧元件，实现输入法兰至输出法兰的串联弹性传动。该驱动器采用了弹簧半槽结构，能够显著减少串联弹性驱动器零件数量以及外形尺寸，从而能够适应高度紧凑的机器人末端执行器应用场合。

Description

一种弹簧槽式串联弹性驱动器

技术领域

本实用新型涉及机械手驱动器技术领域，具体涉及一种弹簧槽式串联弹性驱动器。

背景技术

近年来，机器人在农业采摘、食品搬运、药品抓持等领域的应用迅速增加。在这些应用领域中，物体无损伤抓持是机器人抓手的一项关键性指标，在机器人抓持过程中出现的物体抓持损失将直接导致经济损失。因此，抓取力控制是机器人抓手实现无损伤抓持的一项关键技术。目前机器人抓手抓取力控制的实现主要以电机力矩控制技术为主，而电机力矩控制技术需要复杂算法、硬件电路、编码器多环节可靠支持，任一环节故障均可导致力矩控制失去可靠性。串联弹性驱动器力控制性能优异，在机器人无损抓持应用领域具有较大应用前景。由于串联弹性驱动器结构复杂难以小型化设计，在高度紧凑的机器人末端抓手中应用难度较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种弹簧槽式串联弹性驱动器，该驱动器采用了弹簧半槽结构，能够显著减少串联弹性驱动器零件数量以及外形尺寸，从而能够适应高度紧凑的机器人末端执行器应用场合。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种弹簧槽式串联弹性驱动器，该驱动器为一种高度紧凑型串联弹性驱动器，主要包括输入法兰、弹簧、轴承、输出法兰和编码器。输入法兰与输出法兰通过轴承进行连接安装，两者能够实现可靠相对转动。

在输入法兰上设计有两个弹簧半槽结构，在输出法兰上设计有两个弹簧半槽结构。当输入法兰与输出法兰通过轴承安装到位后，输入法兰上两个弹簧半槽将与输出法兰上两个弹簧半槽共同构成两完整弹簧槽。在每一弹簧槽内嵌入一弹簧元件，实现输入法兰至输出法兰的串联弹性传动。

输入法兰含有一D字编码器轴，在输入法兰与输出法兰通过轴承安装到位后，D字编码器轴穿过输出法兰的通孔与编码器的D字孔实现连接。编码器7镶嵌安装于输出法兰表面进行固定，并测量输入法兰与输出法兰之间相对转角，实现串联弹性驱动器输出载荷测量。

该驱动器的工作原理，输入法兰的两个弹簧半槽含有a、b、c与d四个端面，输出法兰的两个弹簧半槽含有A、B、C与D四个端面。当弹簧槽内嵌入预压缩直线弹簧后，在弹簧回弹作用下，弹簧槽端面A与a、B与b、C与c、D与d将自动对齐。当串联弹性驱动器在驱动外部负载时，其输出法兰将被负载扰动并与输入法兰产生相对角偏移。当输出法兰相对于输入法兰作顺时钟转动时，输出法兰的弹簧槽端面B与D将分别与输入法兰的弹簧槽端面a与c对直线弹簧进行压缩。当输出法兰相对于输入法兰作逆时钟转动时，输出法兰的弹簧槽端面A与C将分别与输入法兰的弹簧槽端面b与d对直线弹簧进行压缩，从而实现输出法兰的双向驱动。由于采用了弹簧半槽设计，串联弹性驱动器的输入法兰至输出法兰之间的轴向距离能够得到有效缩减。并且，弹簧能够可靠封闭于弹簧槽内，不需要额外安装结构，使得串联弹性驱动器整体结构十分紧凑。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型提供的弹簧半槽式串联弹性驱动器能够显著减少串联弹性驱动器零件数量以及外形尺寸，从而能够适应高度紧凑的机器人末端执行器应用场合。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型最佳实施例的结构示意图。

图2是输入法兰的结构示意图。

图3是输出法兰的结构示意图。

图4是工作原理示意图。

图中：1、输入法兰，2、弹簧，3、轴承，4、弹簧半槽，5、通孔，6、输出法兰，7、编码器，8、D字孔，9、弹簧半槽，10、D字编码器轴。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型的一种弹簧槽式串联弹性驱动器，该驱动器为一种高度紧凑型串联弹性驱动器，主要包括输入法兰1、弹簧2、轴承3、输出法兰6和编码器7。输入法兰1与输出法兰6通过轴承3进行连接安装，两者能够实现可靠相对转动。

如图2和图3所示，在输入法兰1上设计有两个弹簧半槽9结构，在输出法兰6上设计有两个弹簧半槽4结构。当输入法兰1与输出法兰6通过轴承3安装到位后，输入法兰1 上两个弹簧半槽9将与输出法兰6上两个弹簧半槽4共同构成两完整弹簧槽。在每一弹簧槽内嵌入一弹簧元件，实现输入法兰1至输出法兰6的串联弹性传动。

输入法兰1含有一D字编码器轴10，在输入法兰1与输出法兰6通过轴承3安装到位后，D字编码器轴10穿过输出法兰6的通孔5与编码器7的D字孔8实现连接。编码器7 镶嵌安装于输出法兰6表面进行固定，并测量输入法兰1与输出法兰6之间相对转角，实现串联弹性驱动器输出载荷测量。

该驱动器的工作原理如图4所示，输入法兰1的两个弹簧半槽9含有a、b、c与d四个端面，输出法兰6的两个弹簧半槽4含有A、B、C与D四个端面。当弹簧槽内嵌入预压缩直线弹簧2后，在弹簧2回弹作用下，弹簧槽端面A与a、B与b、C与c、D与d将自动对齐。当串联弹性驱动器在驱动外部负载时，其输出法兰6将被负载扰动并与输入法兰1产生相对角偏移。当输出法兰6相对于输入法兰1作顺时钟转动时，输出法兰6的弹簧槽端面B 与D将分别与输入法兰1的弹簧槽端面a与c对直线弹簧2进行压缩。当输出法兰6相对于输入法兰1作逆时钟转动时，输出法兰6的弹簧槽端面A与C将分别与输入法兰1的弹簧槽端面b与d对直线弹簧2进行压缩，从而实现输出法兰6的双向驱动。由于采用了弹簧半槽设计，串联弹性驱动器的输入法兰至输出法兰之间的轴向距离能够得到有效缩减。并且，弹簧2能够可靠封闭于弹簧槽内，不需要额外安装结构，使得串联弹性驱动器整体结构十分紧凑。

本实用新型的优势在于：

1.采用了弹簧半槽设计，串联弹性驱动器的输入法兰至输出法兰之间的轴向距离能够得到有效缩减。

2.串联弹性驱动器数量少。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种弹簧槽式串联弹性驱动器，其特征在于：包括输入法兰、弹簧、轴承、输出法兰和编码器，所述输入法兰与输出法兰通过轴承进行连接安装，所述输入法兰与输出法兰之间设有弹簧槽，在每一弹簧槽内嵌入一弹簧元件，实现输入法兰至输出法兰的串联弹性传动；所述编码器镶嵌安装于输出法兰表面且进行固定，测量输入法兰与输出法兰之间相对转角，实现串联弹性驱动器输出载荷测量。

2.如权利要求1所述的弹簧槽式串联弹性驱动器，其特征在于：所述输入法兰上设计有两个弹簧半槽结构，所述输出法兰上设计有两个弹簧半槽结构，当输入法兰与输出法兰通过轴承安装到位后，输入法兰上两个弹簧半槽将与输出法兰上两个弹簧半槽共同构成两个完整弹簧槽。

3.如权利要求2所述的弹簧槽式串联弹性驱动器，其特征在于：所述输入法兰的两个弹簧半槽含有a、b、c与d四个端面，输出法兰的两个弹簧半槽含有A、B、C与D四个端面，当弹簧槽内嵌入预压缩直线弹簧后，在弹簧回弹作用下，弹簧槽端面A与a、B与b、C与c、D与d自动对齐。

4.如权利要求1所述的弹簧槽式串联弹性驱动器，其特征在于：所述输入法兰上含有一D字编码器轴，在输入法兰与输出法兰通过轴承安装到位后，D字编码器轴穿过输出法兰上的通孔与编码器的D字孔实现连接。

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