本发明专利技术公开了一种柔性变刚度驱动器。所述驱动器包含输入模块、输出模块、变刚度模块；输入模块用于与外部驱动力连接；输出模块与负载连接，输出力矩；变刚度模块将输出模块与输出模块柔性的连接在一起，允许两个模块之间发生一定的同轴相对转动，一定程度上保证安全性，通过变刚度电机驱动有阿基米德螺旋线槽的齿轮调节刚度以实现不同工作条件下所需要的刚度或补偿动力学特性。本发明专利技术可以提高驱动系统的安全性以及动力学特性，实现一些具有较高加速度的运动。速度的运动。速度的运动。
【技术实现步骤摘要】
一种变刚度柔性驱动器
[0001]本专利技术涉及驱动系统
，具体涉及一种变刚度柔性驱动器。
技术介绍
[0002]目前的驱动系统任以刚性的驱动系统为主，但是随着越来越多的人机交互，一些特殊场合的驱动系统继续应用刚性系统会带来极大的安全风险，比如康复医疗机器人以及人机协作机器人，虽然通过一些软件控制算法可以将刚性驱动器实现柔性驱动，但这些算法普遍需要很高的控制带宽，会提升控制器的成本，同时对于阶跃载荷也难以处理甚至失去稳定性以造成严重后果；除此以外，刚性的驱动系统无法储存能量，也存在无法进行爆发式能量输出以实现超过电机本身加速度极限的加速度的问题，以至于难以实现或者需要很高的功耗来实现仿生复杂动作，比如弹跳以及投掷；对于一些固定刚度的柔性系统，无法适应不同环境下对于不同工作刚度的需求，比如对于人机交互机器人，与人进行交互时需要较低的刚度以提升安全性，但在一些独立运动的情况下需要高刚度来提升运动速度以提高工作效率；因此，亟需一种新型的变刚度柔性驱动器来在代替一些传统的刚性驱动器和固定刚度柔性驱动器以满足同一系统在不同环境下的不同刚度需求以及提升系统的动力学特性。
技术实现思路
[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种变刚度柔性驱动器，旨在提高驱动器的环境适应性和动力学特性，并提高人机交互的安全性。该专利技术具有变结构弹簧片机构，通过改变弹簧片的拓扑结构来改变机构输出端与输入端之间的刚度。
[0004]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种变刚度柔性驱动器，包括输入模块、输出模块、变刚度模块；
[0005]所述输入模块用于与外部驱动力连接，以将将外部驱动力矩传输至驱动器；
[0006]所述输出模块用于与负载连接，将变刚度驱动器产生的驱动力矩输出；
[0007]所述变刚度模块包括阿基米德螺旋变位模块、变结构弹簧片模块；
[0008]所述阿基米德螺旋变位模块与输入模块相连，将变刚度电机的旋转运动转化为变结构弹簧片模块中主动部分的向心直线运动；
[0009]所述变结构弹簧片模块与输出模块相连，为驱动器产生柔性，通过阿基米德螺旋变位机构带动其中主动部分进行结构变换来实现刚度变换，通过弹簧片的弯曲变形实现柔顺性。
[0010]进一步地，所述外部驱动力由驱动电机提供。
[0011]进一步地，所述输出模块包括输出驱动盘、输出驱动盘内缘轴承、输出驱动盘外缘轴承、外壳和输出端盖，所述输出端盖与主轴的另一端连接，所述输出驱动盘用于与外部输出连接，所述输出驱动盘通过输出驱动盘内缘轴承与主轴连接进行轴向固定，且通过输出驱动盘外缘轴承与外壳连接，所述外壳与输入驱动盘连接。
[0012]进一步地，所述输入模块包括输入驱动盘、主轴和输入端主轴盖，所述输入驱动盘与主轴连接，所述主轴的一端与输入端主轴盖连接，且输入端主轴盖用于与输入元件进行连接。
[0013]进一步地，述阿基米德螺旋变位模块包括变刚度电机、主动小齿轮、阿基米德螺旋槽齿轮和齿轮轴承，主动小齿轮与所述变刚度电机的输出端连接，阿基米德螺旋槽齿轮与主动小齿轮啮合连接，且阿基米德螺旋槽齿轮通过齿轮轴承与主轴连接进行径向固定，阿基米德螺旋槽齿轮上设置有多个弧形槽，所述变结构弹簧片模块包括多个主动轴，且多个主动轴相应位于多个弧形槽内，以通过阿基米德螺旋槽齿轮将齿轮的旋转运动转化为所述变结构弹簧片模块中主动轴的直线运动。
[0014]进一步地，所述变结构弹簧片模块还包括多个弹簧片和多个被动轴；主动轴的一端与输入驱动盘连接，输入驱动盘能够带动主动轴进行旋转运动，传递力矩，且主动轴能够沿着输入驱动盘做径向运动，被动轴与输出驱动盘连接且被动轴能够沿着输出驱动盘做径向运动，主动轴和被动轴之间通过弹簧片两两连接。
[0015]进一步地，还包括多个弹簧片夹持器外壳，每个主动轴和每个被动轴上均套设有所述弹簧片夹持器外壳，弹簧片夹持器外壳用于夹持弹簧片。
[0016]进一步地，主动轴和被动轴的数量均为个，主动轴和被动轴之间通过弹簧片两两连接组成变结构六边形，通过阿基米德螺旋槽齿轮带动主动轴进行向心直线运动使结构在凹六边形和凸六边形之间变化以实现刚度变换，同时也带动被动轴进行向心直线运动。
[0017]进一步地，变结构弹簧片模块还包括直线导轨模组，主动轴通过直线导轨模组与输入驱动盘连接，被动轴通过被直线导轨模组与输出驱动盘进行连接。
[0018]进一步地，还包括主动轴固定器和被动轴固定器，主动轴和被动轴分别通过主动轴固定器和被动轴固定器与直线导轨模组连接。
[0019]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术变刚度驱动器基于变结构弹簧片的形状变化改变刚度，具有较大的刚度变化范围且能耗较低。
[0021](2)本专利技术能够实现主动控制刚度的变化，能够适应多种应用场景并且具有优秀的动力学特性
[0022](3)本专利技术通过使用变结构弹簧片模块以及阿基米德螺旋凸轮实现刚度变化，结构简单同时重量较轻。
[0023](4)本专利技术在变刚度电机静止时刚度随偏转角度增大而减小，能够保证人机交互的安全性。
[0024](5)本专利技术能代替传统刚性驱动器以及固定刚度柔性驱动器，满足同一系统在不同环境下的不同刚度需求以及提升系统的动力学特性。
[0025](6)变刚度模块将输出模块与输出模块柔性的连接在一起，允许两个模块之间发生一定的同轴相对转动，一定程度上保证安全性，通过变刚度电机驱动有阿基米德螺旋线槽的齿轮调节刚度以实现不同工作条件下所需要的刚度或补偿动力学特性。本专利技术可以提高驱动系统的安全性以及动力学特性，实现一些具有较高加速度的运动。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
[0027]图1是本专利技术实施例中的一种变刚度柔性驱动器的使用示意图。
[0028]图2是本专利技术实施例中的一种变刚度柔性驱动器正面示意图。
[0029]图3是本专利技术实施例中的一种变刚度柔性驱动器后面示意图。
[0030]图4是本专利技术实施例中的变刚度模块示意图。
[0031]图5是本专利技术实施例中的变刚度模块与输出模块连接以及弹簧片夹持器内部示意图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本专利技术保护的范围。
[0033]在本说明书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明。在本说明本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种变刚度柔性驱动器，其特征在于，包括输入模块、输出模块、变刚度模块；所述输入模块用于与外部驱动力连接，以将外部驱动力矩传输至驱动器；所述输出模块用于与负载连接，将经过变刚度机构的驱动力矩输出；所述变刚度模块包括阿基米德螺旋变位模块和变结构弹簧片模块，所述阿基米德螺旋变位模块与输入模块相连，将外部驱动的旋转运动转化为变结构弹簧片模块中主动轴的向心直线运动，所述变结构弹簧片模块与输出模块相连，为驱动器产生柔性，通过阿基米德螺旋变位机构带动其中主动部分进行结构变换来实现刚度变换，通过弹簧片的弯曲变形实现柔顺性。2.根据权利要求1所述的一种变刚度柔性驱动器，其特征在于：所述外部驱动力由驱动电机提供。3.根据权利要求1所述的一种变刚度柔性驱动器，其特征在于：所述输出模块包括输出驱动盘(5)、输出驱动盘内缘轴承(18)、输出驱动盘外缘轴承(7)、外壳(4)和输出端盖(6)，所述输出端盖(6)与主轴(22)的另一端连接，所述输出驱动盘(5)用于与外部输出(2)连接，所述输出驱动盘(5)通过输出驱动盘内缘轴承(18)与主轴(22)连接进行轴向固定，且通过输出驱动盘外缘轴承(7)与外壳(4)连接，所述外壳(4)与输入驱动盘(8)连接。4.根据权利要求1
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3任一所述的一种变刚度柔性驱动器，其特征在于：所述输入模块包括输入驱动盘(8)、主轴(22)和输入端主轴盖(9)，所述输入驱动盘(8)与主轴(22)连接，所述主轴(22)的一端与输入端主轴盖(9)连接，且输入端主轴盖(9)用于与输入元件(1)进行连接。5.根据权利要求4所述的一种变刚度柔性驱动器，其特征在于：所述阿基米德螺旋变位模块包括变刚度电机(3)、主动小齿轮(11)、阿基米德螺旋槽齿轮(20)和齿轮轴承(14)，主动小齿轮(11)与所述变刚度电机(3)的输出端连接，阿基米德螺旋槽齿轮(20)与主动小齿轮(11)啮合连接，且阿基米德螺旋槽齿轮(20)通过齿轮轴承(14)与主轴(22)连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢龙汉，郑博文，徐朋朋，郭钊奇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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