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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107309865A(43)申请公布日2017.11.03(21)申请号201710512566.6(22)申请日2017.06.29(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号(72)发明人郝丽娜许允杰(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人俞鲁江(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J17/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种串联弹性驱动器(57)摘要本发明公开一种串联弹性驱动器,包括交流伺服电机、法兰盘、谐波减速器和弹性单元;弹性单元包括外轮、轮辐、轮芯、3组压簧、3个固定块、深沟球轴承、推力轴承和分体式旋转编码器。交流伺服电机通过法兰盘与谐波减速器相连,弹性单元通过外轮与谐波减速器相连。轮芯为中空结构并通过长螺栓连接在外轮上,轮辐通过推力轴承和深沟球轴承固定在轮芯上,使其在轴向载荷和倾覆力矩下可以绕轮芯正常转动,3个连接块固定于外轮内侧并呈120°均布,连接块通过压簧和轮辐相连,分体式编码器的码盘固定于轮芯上,解码器固定于轮辐上;电机的驱动力矩通过谐波减速器传至弹性单元外轮,外轮通过压簧驱动轮辐转动,并通过分体式旋转编码器读出轮辐相对于外轮的转角,从而计算输出力矩。CN107309865ACN107309865A权利要求书1/1页1.一种串联弹性驱动器,其特征在于:包括伺服电机、法兰盘、谐波减速器、弹性单元;电机的驱动力矩通过谐波减速器传至弹性单元,然后由弹性单元传至负载;所述弹性单元包括外轮、轮辐、轮芯、3组压簧、3个固定块、深沟球轴承、推力轴承和分体式旋转编码器;轮芯通过螺栓连接于外轮上;轮芯上套装轴承,轮辐内侧通孔与所述轴承外侧配合;轮辐外侧设置三支间隔为120°的扫臂,每支扫臂下端有螺纹孔用于连接负载或是末端执行器;所述扫臂上设置限位柱,外轮内侧设置三个间隔为120°的连接块,所述连接块上也设置限位柱,所述连接块上的限位柱与扫臂上的限位块间安装压簧;分体式旋转编码器的读码器固定于轮辐上部,码盘固定于轮芯上;通过分体式旋转编码器测量轮辐相对于外轮的转角进而计算输出到负载的转矩为:上式中:T为电机输出到负载的力矩,Ks为压簧的弹性系数,R为压簧中心到弹性单元的中心距,rs为压簧外径,θs为轮辐相对于外轮的偏转角度。2.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器,其特征在于:3组压簧初始装配时保持一定的预压缩,每个压簧的预压缩量相同,每组压簧的轴线与轮辐扫臂垂直且距弹性单元轴线距离相等,每组的2个压簧对称布置,实现双向弹性缓冲,使正转和反转都具有柔顺功能。3.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器,其特征在于:轮芯为空心阶梯轴,相应地,所述轮辐内侧为阶梯孔。4.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器,其特征在于:所述轴承分别为深沟球轴承和推力轴承。5.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器,其特征在于:在外轮与轮芯的连接处设计沉头孔,沉头孔直径等于轮芯,轮芯插入所述沉头孔中。2CN107309865A说明书1/3页一种串联弹性驱动器技术领域[0001]本发明涉及一种用于机器人关节的串联弹性驱动器,属于机器人领域。背景技术[0002]柔顺驱动技术是目前机器人行业亟需解决的一个难题。由于传统驱动器主要以集成伺服电机为主的刚性驱动,整体柔顺性能不足,在使用过程中易造成二次伤害;而目前对机器人的柔顺控制大多采用六维力传感器作为反馈单元,但是由于六维力传感器价格昂贵,并没有得到广泛的应用。串联弹性驱动器是一种能够实现柔性输出的驱动单元,在驱动和执行模块之间添加弹性元件,来使驱动和负载之间具有柔性缓冲。其本质上属于被动柔顺结构,但是与电机控制技术和基于压簧变形量的关节力检测技术相结合,可以实现可控可调的柔顺性能。发明内容[0003]针对传统的刚性驱动柔顺性能不足,以及六维力传感器价格昂贵,应用不广泛等缺点,提供一种可用于人机交互的串联弹性驱动器。[0004]为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:[0005]一种串联弹性驱动器,其特征在于:包括伺服电机、法兰盘、谐波减速器、弹性单元;电机的驱动力矩通过谐波减速器传至弹性单元,然后由弹性单元传至负载;[0006]所述弹性单元包括外轮、轮辐、轮芯、3组压簧、3个固定块、深沟球轴承、推力轴承和分体式旋转编码器;[0007]轮芯通过螺栓连接于外轮上;轮芯上套装轴承,轮辐内侧通孔与所述轴承外侧配合;轮辐外侧设置三支间隔为120°的扫臂,每支扫臂下端有螺纹孔用于连接负载或是末端执行器;所述扫臂上设置限位柱,外轮内侧设置三个间隔为120°的连接块,所述连接块上也设置限位柱,所述连接块上的限位柱与扫臂上的