本发明专利技术属于机器人领域，具体地说是一种带冷却的直线串联弹性执行器，电机轴的一端安装于电机壳内，另一端插设于冷却装置中，电机转子连接于电机轴的另一端，电机定子位于电机转子外侧、并固接于冷却装置内；滚珠丝杠的丝杠螺母连接于电机轴一端的内部，滚珠丝杠的一端由电机轴、冷却装置穿出，另一端通过丝杠支撑安装于电机壳内；电机壳的一端与冷却装置相连，另一端通过导向轴连接有后面连接件，执行器支架滑动安装在导向轴上，并与电机壳及后面连接件之间均设有压缩弹簧，电机壳与后面连接件之间安装有直线电位计，执行器支架通过电位计连接杆与直线电位计相连。本发明专利技术结构紧凑、轻量化小型化、可持续高功率输出。可持续高功率输出。可持续高功率输出。
【技术实现步骤摘要】
一种带冷却的直线串联弹性执行器
[0001]本专利技术属于机器人领域，具体地说是一种带冷却的直线串联弹性执行器。
技术介绍
[0002]直线串联弹性执行器作为一种新型执行器受到机器人学术界以及企业的大量关注，被用于各种需要弹性的机器人机构中，如双足步行机器人，上肢机构，四足仿生机器人腿机构或外骨骼。
[0003]现有执行机构可采用四个标准：电源(电动或液压)、传动系统弹性(刚性或弹性)、传动系统类型(直接、谐波执行、滚珠螺杆等)和冷却类型(空气或液体)，其中，最强大的解决方案之一是结合液压，液体冷却，刚性和直接驱动。这可实现高功率重量和扭矩重量比，关节位置可控性和冲击容限。然而，水力学的能效较低，主要是因为它们需要更多的能量转换。通常，汽油发动机或电动马达旋转泵，泵压缩液压油，由液压伺服阀调节，最终使液压活塞施加力。这个过程中的每个阶段都会产生一些效率损失，而总损失可能非常显著。
[0004]尽管串联弹性执行器已经广泛地应用于机器人系统中,但是直线串联弹性执行器仍然面临着精确力感知、参数选择等方面的不足问题。另外，与刚性驱动装置相比，因串联弹性执行器增加柔性装置以及位置传感器,导致其体积、重量以及成本较高。因此，促进串联弹性执行器的小型化、轻量化以及降低设计成本的同时提高执行器的连续输出功率,是一个有待探究的问题。
技术实现思路
[0005]针对现有直线串联弹性执行器存在的上述缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种带冷却的直线串联弹性执行器。该弹性执行器通过液体冷却提高了执行器的连续输出功率，并通过机构的合理布置使得结构紧凑，体积较小；同时通过测量弹性体的形变量，可获取执行器的受力情况，实现精确的力控制。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]本专利技术包括电机壳、电机组件、丝杠组件、冷却装置、压簧组件及直线电位计，其中电机组件包括电机轴、电机定子及电机转子，所述丝杠组件包括滚珠丝杠及丝杠支撑，所述电机轴的一端转动安装于电机壳内，另一端插设于所述冷却装置中，所述电机定子及电机转子均容置于冷却装置内，所述电机转子连接于电机轴另一端的外表面，所述电机定子位于电机转子外侧、并固接于所述冷却装置上；所述滚珠丝杠的丝杠螺母连接于电机轴一端的内部，所述滚珠丝杠的一端由电机轴、冷却装置穿出，所述滚珠丝杠的另一端通过丝杠支撑安装于电机壳内；所述压簧组件包括压缩弹簧、执行器支架及导向轴，所述电机壳的一端与冷却装置相连，另一端通过所述导向轴连接有后面连接件，所述执行器支架滑动安装在导向轴上，所述执行器支架与电机壳及后面连接件之间均设有压缩弹簧，所述电机壳与后面连接件之间设有测量执行器支架与电机壳相对位移的直线电位计，所述直线电位计安装于电机壳上，所述执行器支架通过电位计连接杆与直线电位计相连。
[0008]其中：所述冷却装置包括冷却套及电机冷却外壳，所述冷却套与电机壳的一端密封连接，所述电机冷却外壳嵌套于冷却套内，所述电机定子、电机转子均容置于电机冷却外壳内部，所述电机冷却外壳的外表面上沿轴向开设有螺旋水槽，所述冷却套上分别开设有入水口及出水口，所述入水口及出水口分别与螺旋水槽相连通。
[0009]所述电机冷却外壳的外表面上还分别开设有密封槽A及密封槽B，所述螺旋水槽、入水口及出水口均位于密封槽A与密封槽B之间，所述密封槽A及密封槽B内分别安装用于与冷却套形成密封的O型密封圈。
[0010]所述电机轴的另一端设有编码器，所述编码器包括编码器静盘及编码器动盘，所述编码器静盘固接于冷却装置内部，所述编码器动盘位于编码器静盘的内侧，并与所述电机轴另一端固接，所述编码器静盘的外侧设有连接于冷却装置上的编码器端盖。
[0011]所述编码器为磁编码器，在所述电机组件与编码器之间设有安装于冷却装置内的铁片。
[0012]所述电机轴的一端通过滚珠轴承转动安装于电机壳的内部，所述滚珠轴承的外圈通过套设于电机轴上的定位套轴向限位，所述滚珠轴承的内圈通过安装于电机轴上的锁紧定位套锁紧限位，所述滚珠轴承与电机壳的内壁之间为间隙配合，限制所述滚珠丝杠的径向移动。
[0013]所述电机壳的另一端与后面连接件之间的导向轴为多根，并分别由所述执行器支架穿过，每根所述导向轴与执行器支架之间均设有衬套，所述导向轴与执行器支架通过衬套实现导向；所述衬套通过执行器支架一侧的衬套挡肩轴向限位，所述衬套挡肩安装于执行器支架上。
[0014]所述执行器支架与后面连接件之间设有压缩弹簧A，所述压缩弹簧A的两端分别与后面连接件、执行器支架抵接；所述执行器支架与电机壳之间设有压缩弹簧B，所述压缩弹簧B的两端分别与电机壳、执行器支架抵接。
[0015]所述电位计连接杆的一端由执行器支架上开设的螺纹孔穿过，并通过螺母锁紧固定，所述电位计连接杆的另一端与直线电位计的滑块相连，所述滑块滑动安装于直线电位计上开设的滑槽中。
[0016]所述滑槽的长度方向与滚珠丝杠的轴向相同，且所述滑槽与滚珠丝杠平行；所述电位计连接杆平行于滚珠丝杠。
[0017]本专利技术的优点与积极效果为：
[0018]1.本专利技术提出的串联弹性执行器带有冷却装置，可以有效地提高执行器的连续输出功率。
[0019]2.本专利技术利用力矩电机的优点，实现了执行器结构紧凑，小型化设计的优点；外壳采用铝合金，整体易安装，质量体积小。
[0020]3.本专利技术除执行器支架与地支架固连外，整体通过导向轴实现运动，从而对模具弹簧进行压缩，使整个关节具有柔性。
[0021]4.本专利技术的执行器可以测出所受外力情况，实现精确力控，比传统的用力矩传感器测量电机输出端力矩价格便宜，且安全性，缓冲效果好。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0023]图2为本专利技术的内部结构剖面图；
[0024]图3为本专利技术去掉执行器支架两侧压缩弹簧后的结构示意图；
[0025]图4为本专利技术执行器支架的内部结构示意图；
[0026]图5A为本专利技术冷却装置的外部结构示意图；
[0027]图5B为本专利技术冷却装置的内部结构示意图；
[0028]图6为本专利技术编码器的结构示意图；
[0029]图7为本专利技术执行器支架朝向电机壳一面的端面结构示意图；
[0030]图8为本专利技术直线电位计处的局部放大图；
[0031]其中：1为滚珠丝杠，2为编码器端盖，3为入水口，4为出水口，5为电机壳，6为后面连接件，7为压缩弹簧A，8为执行器支架，9为压缩弹簧B，10为冷却套，11为电机轴，12为丝杠支撑，13为丝杠螺母，14为直线电位计，15为电位计连接杆，16为导向轴，17为电机冷却外壳，18为电机定子，19为电机转子，20为编码器静盘，21为编码器动盘，22为滚珠轴承，23为锁紧定位套，24为电位计压紧件，25为电位计连接件，26为衬套，27为密封槽A，28为密封槽B，29为矩形螺旋水槽，30为铁片，31为滑块，32为滑槽，33为螺母，34为衬套挡肩，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带冷却的直线串联弹性执行器，其特征在于：包括电机壳(5)、电机组件、丝杠组件、冷却装置、压簧组件及直线电位计(14)，其中电机组件包括电机轴(11)、电机定子(18)及电机转子(19)，所述丝杠组件包括滚珠丝杠(1)及丝杠支撑(12)，所述电机轴(11)的一端转动安装于电机壳(5)内，另一端插设于所述冷却装置中，所述电机定子(18)及电机转子(19)均容置于冷却装置内，所述电机转子(19)连接于电机轴(11)另一端的外表面，所述电机定子(18)位于电机转子(19)外侧、并固接于所述冷却装置上；所述滚珠丝杠(1)的丝杠螺母(13)连接于电机轴(11)一端的内部，所述滚珠丝杠(1)的一端由电机轴(11)、冷却装置穿出，所述滚珠丝杠(1)的另一端通过丝杠支撑(12)安装于电机壳(5)内；所述压簧组件包括压缩弹簧、执行器支架(8)及导向轴(16)，所述电机壳(5)的一端与冷却装置相连，另一端通过所述导向轴(16)连接有后面连接件(6)，所述执行器支架(8)滑动安装在导向轴(16)上，所述执行器支架(8)与电机壳(5)及后面连接件(6)之间均设有压缩弹簧，所述电机壳(5)与后面连接件(6)之间设有测量执行器支架(8)与电机壳(5)相对位移的直线电位计(14)，所述直线电位计(14)安装于电机壳(5)上，所述执行器支架(8)通过电位计连接杆(15)与直线电位计(14)相连。2.根据权利要求1所述带冷却的直线串联弹性执行器，其特征在于：所述冷却装置包括冷却套(10)及电机冷却外壳(17)，所述冷却套(10)与电机壳(5)的一端密封连接，所述电机冷却外壳(17)嵌套于冷却套(10)内，所述电机定子(18)、电机转子(19)均容置于电机冷却外壳(17)内部，所述电机冷却外壳(17)的外表面上沿轴向开设有螺旋水槽，所述冷却套(10)上分别开设有入水口(3)及出水口(4)，所述入水口(3)及出水口(4)分别与螺旋水槽相连通。3.根据权利要求2所述带冷却的直线串联弹性执行器，其特征在于：所述电机冷却外壳(17)的外表面上还分别开设有密封槽A(27)及密封槽B(28)，所述螺旋水槽、入水口(3)及出水口(4)均位于密封槽A(27)与密封槽B(28)之间，所述密封槽A(27)及密封槽B(28)内分别安装用于与冷却套(10)形成密封的O型密封圈。4.根据权利要求1所述带冷却的直线串联弹性执行器，其特征在于：所述电机轴(11)的另一端设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵忆文，范诗瑶，姜运祥，罗阳，赵新刚，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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