CN220373269U - 一种拉绳式串联弹性驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了机器人领域内的一种拉绳式串联弹性驱动器，适用于机器人与人或环境交互的场景，根据不同场景，安装所需刚度的弹簧即可输出线性刚度的双向旋转扭矩，实现被动柔顺。下壳体与输出轴、转子间设有轴承，输出轴、转子、垫片、弹簧和轴承均安装在下壳体上面，伺服电机固定于下壳体下方，编码器安装在上壳体；拉勾弹簧有四个，分两组对抗放置于下壳体两侧，弹簧一端通过拉绳与转子连接，另一端固定于下壳体上；当串联弹性驱动器输出轴受到外部瞬时负载时，负载通过拉绳传递冲击至弹簧处吸收，从而降低外部冲击，提高人机交互的安全性。本申请结构简单、体积小、在机器人与人或环境交互的场景下，具有很高的研究价值和广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种拉绳式串联弹性驱动器。
背景技术
由于机器人在工业、医疗等领域的广泛应用，如康复机器人、外骨骼机器人、工业机械臂等，为了保证机器人与环境或与人交互中的安全性，要求机器人具有一定的柔顺性。目前，国内外研究提出的增强机器人与环境或人交互柔顺性方法主要有以下两种：引入弹性元件或弹性材料的柔顺执行器实现的被动柔顺，引入力反馈或位置反馈实现的主动柔顺。
串联弹性驱动器(Serieselasticactuator,SEA)最初由Pratt等在1995年提出，是目前常用的被动柔顺执行器，通过在传统驱动单元(如伺服电机、液压等)与连杆间串联弹性元件，与传统的刚体机器人相比，SEA具有精确的力控制、较低的机械阻抗、耐冲击性、储能和以及在柔顺控制器失效时提供柔顺交互力等优点。
现阶段，不同的串联弹性驱动器的机械设计方案对于人机交互的安全性和稳定性具有很大的影响。从目前的结构看，还存在着诸如关节结构复杂，能量消耗大，控制复杂，安全性低等问题。因此本实用新型提供了一种结构简单、体积小、适用于不同刚度环境下的人机交互情景。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种拉绳式串联弹性驱动器，克服现有串联弹性驱动器结构相对复杂，控制复杂，安全性较低等不足，提供更加安全可靠的人机交互。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型拉绳式串联弹性驱动器整体结构可分为输入、输出和刚度部分，包括下壳体1、轴承2、转子3、垫片4、拉勾弹簧5、输出轴6、编码器7和上壳体8。所述下壳体与输出轴、转子间设有轴承，以承受非扭矩载荷并实现输入部分与输出部分相对转动；所述输出轴、转子、垫片、弹簧和轴承均安装在下壳体上面，伺服电机固定于下壳体下方，编码器安装在上壳体，测量输入输出之间相对转角；所述拉勾弹簧有四个，分两组对抗放置于下壳体两侧，弹簧一端通过拉绳与转子连接，另一端固定于下壳体上；
转子上设计有两个拉绳槽结构，所述转子上有两组对称的螺纹孔，当转子通过轴承安装到位后，弹簧一端的拉绳可沿拉绳槽绕转子外周旋转一定角度，保证拉力的直线性。输出轴靠上壳体一侧上留有编码器定位孔与螺纹孔，当编码器在上壳体到位后，可实现输入输出轴之间相对转角的测量。
本实用新型的优势在于：本实验新型：结构简单，易于加工装配；只需根据不同场景，安装所需刚度的弹簧就能输出线性刚度的双向旋转扭矩；对抗放置的弹簧可以缓冲外部冲击，降低人或机器人可能受到的损伤，具有被动柔顺性，提高了人机交互的安全性。
附图说明
图1为本实用新型中拉绳式串联弹性驱动器的整体结构示意图。
图2为本实用新型中拉绳式串联弹性驱动器的剖视图。
图3为本实用新型中拉绳式串联弹性驱动器的转子弹簧示意图。
图4为本实用新型中拉绳式串联弹性驱动器的编码器安装示意图。
附图中，各数字的含义为：1-下壳体、2-轴承、3-转子、4-垫片、5-拉勾弹簧、6-输出轴、7-编码器和8-上壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明：
结合图1到图4，本实用新型是一种拉伸弹簧型线性串联弹性驱动器，伺服电机与串联弹性驱动器下壳体1通过螺钉连接，轴承2安装在下壳体1内壁，下壳体1的两侧有根据转子3高度所设计的弹簧安装通孔，拉勾弹簧5有四个，安装在下壳体1通孔中，左右对抗布置，弹簧5一端通过拉绳与转子3连接，另一端由螺钉固定，转子3安装于轴承2内壁，与弹簧5连接的拉绳绕转子3外周45度后缠绕于转子3上螺钉，打结，输出轴6与转子3间固定，靠近上壳体8一侧安装编码器7码盘，轴承对输出轴6压紧，编码器7安装在上壳体8内侧，上下壳体固定连接，所述固定连接方式均使用螺纹螺钉连接。
其动力传递过程为：输入扭矩由伺服电机提供，电机的输出轴6与下壳体1连在一体，上下壳体连成一体，串联弹性驱动器整体旋转，当外部载荷固定于输出轴6时，安装于下壳体两侧的对抗放置弹簧5通过连接在转子3与弹簧5一端的拉绳提供扭矩，输出轴6与转子3间固定，靠近上壳体8一侧安装编码器7码盘，轴承2对输出轴6压紧，编码器7安装在上壳体8内侧，可实现输出轴6的一个柔性控制。
本实用新型不局限于上述实施案例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特性作出一些替换与变形，这些替换与变形均在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种拉绳式串联弹性驱动器，其特征在于：整体结构可分为输入、输出和刚度部分，包括下壳体、轴承、转子、垫片、拉勾弹簧、输出轴、编码器和上壳体，所述下壳体与输出轴、转子间设有轴承，以承受非扭矩载荷并实现输入部分与输出部分相对转动；所述输出轴、转子、垫片、弹簧和轴承均安装在下壳体上面，伺服电机固定于下壳体下方，编码器安装在上壳体，测量输入输出之间相对转角；所述拉勾弹簧有四个，分两组对抗放置于下壳体两侧，弹簧一端通过拉绳与转子连接，另一端固定于下壳体上。
2.如权利要求1所述的拉绳式串联弹性驱动器，其特征在于：所述转子上设计有两个拉绳槽结构，所述转子上有两组对称的螺纹孔，当转子通过轴承安装到位后，弹簧一端的拉绳可沿拉绳槽绕转子外周旋转一定角度，保证拉力的直线性。
3.如权利要求1所述的拉绳式串联弹性驱动器，其特征在于：所述输出轴靠上壳体一侧上留有编码器定位孔与螺纹孔，当编码器在上壳体到位后，可实现输入输出轴之间相对转角的测量。
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- 2023-02-19 CN CN202320249616.7U patent/CN220373269U/zh active Active
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