圓盤式串聯彈性驅動器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種仿生驅動器，一般用于機器人領域。
【背景技術】
[0002]機器人與人或環境交互時，需要力控制技術。當前，機器人的力控制技術有:1.主動力控制技術，通過控制算法以及傳感器信息來決定機器人關節的輸入，使機器人對人或外部環境產生合適的輸出力。2.被動力控制技術，通過設計彈性機構緩沖對外界的作用力。
[0003]驅動器是一種將其他形式的能量轉化為力、力矩、速度或者轉速的一種設備或機械裝置。機器人驅動器應具備以下幾方面特點:首先應該重量輕，輸出功率大，能夠擁有很高的能量密度，并且成本低。另外，與人或環境的交互過程中，擁有很好的力輸出精度和較低的阻抗，以確保人的安全或環境不會受到破壞。最后，機器人在工作狀態下，由于碰撞所產生的沖擊能量應當通過一定的結構傳遞到驅動器中來提高機器人的抗沖載荷能力，避免機器人受到損傷。
[0004]現階段，機器人力控制裝置主要分為以下三類:直接驅動裝置、齒輪驅動裝置、繩索驅動裝置。這些裝置本身具有各自的不足。例如:齒輪減速裝置，將電動機自身的高轉速、低轉矩轉換為機器人所需要的低轉速、高轉矩。齒輪驅動裝置往往存在著摩擦、齒輪間隙等非線性因素，并且增大了負載端的轉動慣量，使驅動器整體力輸出精度降低，抗沖擊能力下降。因此，研制出高能量密度，適應高帶寬變化的力以及保持其穩定性的驅動器越來越受到重視，是機器人技術重點研究的領域之一。
[0005]傳統的串聯彈性驅動器，多采用扭簧直接串聯于電機與負載之間，扭簧本身的能量密度偏低，力矩輸出能力相對較小，使得其在機器人領域的應用受到限制。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明的目的是提供能量密度更高，力矩輸出能力更大的圓盤式串聯彈性驅動器。
[0007]本發明提供的圓盤式串聯彈性驅動器，包括電機底座，電機底座上安裝伺服電機，伺服電機通過法蘭盤與外圓盤固定連接在一起，外圓盤的另一側設置有一個內圓盤，外圓盤與內圓盤之間安裝有三根彈簧(彈簧通過掛鉤掛在內外圓盤的安裝柱上)，內圓盤的另一側通過聯軸器與編碼器固定連接，編碼器安裝在編碼器底座上，編碼器底座的外側作為驅動器輸出端，用于連接負載;伺服電機的力矩最終通過彈簧傳遞至驅動輸出端，帶動負載產生轉動。
[0008]本發明的優點在于，能量密度高、輸出力矩大，便于實際應用于機器人領域中。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的實施示意簡圖。
[0010]圖2是本發明內、外圓盤的實施示意簡圖。
[0011]圖1中，I電機底座，2伺服電機，3外圓盤，4彈簧，5內圓盤，6聯軸器，7編碼器、8編碼器底座。
[0012]圖2中，I外圓盤，2內圓盤，3彈簧。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明做更詳細的描述
[0014]結合圖1-2，本發明是一種由電機驅動的圓盤式串聯彈性驅動器，伺服電機2通過四個螺絲固定在電機底座I中，伺服電機輸出端法蘭盤通過兩個螺絲安裝在外圓盤3上，三根彈簧4通過掛鉤掛在內圓盤5和外圓盤3上設置的安裝柱上(圖中略)，內圓盤5和編碼器7通過聯軸器6連接在一起，同時編碼器通過兩個螺絲固定在編碼器底座8上，編碼器底座外側同時作為驅動器輸出端打有安裝孔用以連接負載。
[0015]整套串聯彈性驅動器的動力傳遞過程為:動力源為伺服電機2，伺服電機2的法蘭盤與外圓盤3固定在一起，這樣，伺服電機2的轉動會帶動外圓盤3—起轉動，外圓盤3上的掛鉤會拉伸彈簧4，彈簧4的另一側掛接在內圓盤5上，這樣，彈簧便會拉動內圓盤5運動，通過聯軸器6帶動編碼器7—同轉動，編碼器7的轉動會帶動編碼器底座8連同固定在其上的負載一起轉動，此時，編碼器測得的是內、外圓盤的轉動角度之差。
[0016]綜上所述，本發明的結構設計簡單，并且可以充分保護驅動器，提高抗沖擊載荷的能力。而且重量較輕，經濟性好。另外，通過對彈簧剛度系數的優化分析，可以根據實際需求選擇彈簧，以達到符合機器人作業要求的輸出阻尼和輸出帶寬。
【主權項】
1.圓盤式串聯彈性驅動器，其特征是:該驅動器包括伺服電機，伺服電機通過法蘭盤與外圓盤固定連接在一起，夕卜圓盤另一側設置有一個內圓盤，夕卜圓盤與內圓盤之間安裝有三根彈簧，內圓盤的另一側通過聯軸器與編碼器固定連接，編碼器安裝在編碼器底座上，編碼器底座的外側作為驅動器輸出端用于連接負載，伺服電機的力矩最終通過彈簧傳遞至驅動器輸出端，帶動負載產生轉動。2.根據權利要求1所述的圓盤式串聯彈性驅動器，其特征在于伺服電機轉動導致內、夕卜圓盤產生相對角度差，從而引起彈簧的形變。3.根據權利要求1或2所述的圓盤式串聯彈性驅動器，其特征在于編碼器底座外側用于根據實際需求安裝不同的負載。
【專利摘要】一種圓盤式串聯彈性驅動器，包括電機底座，電機底座上安裝伺服電機，伺服電機通過法蘭盤與外圓盤固定連接在一起，外圓盤的另一側設置有一個內圓盤，外圓盤與內圓盤之間安裝有三根彈簧，內圓盤的另一側通過聯軸器與編碼器固定連接，編碼器安裝在編碼器底座上，編碼器底座的外側作為驅動器輸出端；電機的力矩最終通過彈簧傳遞至驅動器輸出端，帶動負載產生轉動。本發明是一種新型高能量密度、模塊化、具有仿生特征的彈性驅動器，為設計一種具有本質安全特性、力輸出精度高、力矩輸出大、具有關節緩沖能力的串聯彈性臂提供技術基礎，具有很高的研究價值和廣闊的應用前景。
【IPC分類】B25J9/12
【公開號】CN105500368
【申請號】CN201510934164
【發明人】劉景泰, 孫雷, 王萌, 尹偉, 董帥
【申請人】南開大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月15日