力/位可控式柔性驱动器的制作方法

本发明属于机器人领域，特别涉及一种柔性驱动器。

背景技术：

相比于一般的并联机构而言，冗余驱动并联机构往往具有刚度大，工作空间无奇异点以及较好的动力学特性等优点。然而，对于冗余驱动并联机构而言，在实际生产应用中也存在着一些问题。由于冗余驱动并联机构的自由度数大于其驱动的数目，因此在实际的冗余驱动并联机床、机器人等应用中往往存在着由于间隙或控制不协调等因素产生的内力，从而导致机械系统的憋死甚至破坏。

目前研究比较多的并联机床、机器人通常基于大力矩、高刚度的刚性驱动器，实现位置闭环或力闭环的方式也是通过在电机末端或动力作用单元处直接添加传感器进行检测。然而，对于冗余驱动并联机构而言，很难通过刚性驱动器抵抗机构因内力产生的冲击，这就要求系统的机械结构本身具有一定的位移容让性。本发明可以改变并联机器人传统驱动器高刚度的特性，通过加入弹性元件以及位移检测元件，使得驱动器不仅具有一定的柔顺性，而且能够实时、准确的检测出弹性元件的位置/力信号，从而达到保证系统安全性，准确控制系统，提高系统整体精度的目的。

现有的柔性驱动器，一般可以根据需求对其驱动刚度进行调整，从而提高驱动器的柔顺性以适应不同的工作需求。它的不足之处是：由于驱动器的刚度值是在变化的，并不能够保证驱动器输出力的大小，也就很难满足某些特定工业应用的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应用于冗余驱动并联机构，在具备柔顺特性的前提下，即能够实现位置控制又能够实现力控制的力/位可控式柔性驱动器。

本发明主要包括驱动装置、柔性检测装置以及驱动输出装置。

其中，驱动装置包括支架、丝杠、伺服电机、联轴器、丝母连接器、长螺栓A、滑动轴承、光轴和螺母。在两个相同的支架上分别设有通孔，丝杠的两端分别穿过两个支架的通孔，且丝杠的一端延伸至支架的外部，与伺服电机的输出轴通过联轴器相连。在丝杠上插接丝母连接器，丝母连接器的一侧设有螺母，螺母与丝杠螺纹连接，丝母连接器的两端分别通过长螺栓A连接一个滑动轴承。在每个滑动轴承内分别插接一根光轴，光轴的两端均延伸至滑动轴承的外部。滑动轴承两侧的光轴上分别套接柔性检测装置的弹簧。

柔性检测装置包括长螺栓B、弹簧、光栅尺连接器、光栅尺和挡圈。弹簧的一端与挡圈的一侧相邻，挡圈的另一侧与滑动轴承的端面相邻。挡圈设在光轴上。在丝母连接器的底部通过长螺栓B固定连接光栅尺连接器，光栅尺连接器与光栅尺的一端相连，光栅尺的另一端与驱动输出装置的动力输出板相连接。

驱动输出装置包括挡板和动力输出板，两个挡板上均设有凹槽，驱动装置中的丝杠设在挡板的凹槽上。在两个挡板的内壁上设有两个凹槽，弹簧的另一端嵌入在对应的挡板内壁的凹槽内。在两个挡板的底部之间通过螺钉与水平的动力输出板相连。在动力输出板上设有螺栓孔，动力输出板通过螺栓孔固定在驱动目标上，实现动力输出的作用。

本发明在使用时，当处于位置控制模式下，光栅尺将采集的位置信号反馈给伺服电机作为补偿，从而实现对目标的位置控制；当本发明处于力控制模式下，光栅尺将采集的信号乘以弹簧刚度的大小即为反馈给伺服电机的力补偿信号，从而实现对目标的力控制。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)由于本发明的驱动力是通过弹簧传递到动力输出板，因此，当本发明所应用的冗余驱动并联机构在运动过程中因控制不协调或一些机械误差导致内力时，本发明可以有效的缓解内力，避免机构整体发生“憋死”现象的发生，从而达到保护系统本身的目的。

(2)本发明可以实时的检测驱动器的位置或受力状态，从而根据不同的工作要求调整为不同的工作模式。当本发明采用力控制模式时，可根据光栅尺反馈的信号测量出弹簧的变形量，通过乘以其刚度系数(胡克定律)即可得到其输出力的大小。

(3)当本发明采用位置控制模式时，可以根据光栅尺测量出弹簧的变形量，并作为反馈值补偿给电机，从而驱动电机运动到指定的位置。因此，采用本发明可以在实现冗余驱动并联机构无内力运动的基础上，既能实现其位置控制，也能够实现其力控制，从而广泛的应用于不同的工作场合中。

附图说明

图1为力/位可控式柔性驱动器结构示意图；

图2为力/位可控式柔性驱动器的局部示意图；

图3为力/位可控式柔性驱动器的局部示意图；

图4为驱动装置结构示意图。

其中，1-支架，2-丝杠，3-螺母，4-滑动轴承，5-动力输出板，6-伺服电机，7-联轴器，8-弹簧9-丝母连接器，10-挡板，11-光栅尺连接器，12-长螺栓B，13-光栅尺，14-挡圈，15-光轴，16-长螺栓A，17-螺栓孔。

具体实施方式

在图1、图2、图3和图4所示的本发明的示意简图中，驱动装置包括支架、丝杠、伺服电机、联轴器、丝母连接器、长螺栓A、滑动轴承、光轴。在两个相同的支架1上分别设有通孔，丝杠2的两端分别穿过两个支架的通孔，且丝杠的一端延伸至支架的外部，与伺服电机6的输出轴通过联轴器7相连。在丝杠上插接丝母连接器9，丝母连接器的一侧设有螺母3，螺母与丝杠螺纹连接，丝母连接器的两端分别通过长螺栓A16连接一个滑动轴承4。在每个滑动轴承内分别插接一根光轴15，光轴的两端均延伸至滑动轴承的外部。滑动轴承两侧的光轴上分别套接柔性检测装置的弹簧8。柔性检测装置包括长螺栓B、弹簧、光栅尺连接器、光栅尺和挡圈。弹簧的一端与挡圈14的一侧相邻，挡圈的另一侧与滑动轴承的端面相邻。挡圈设在光轴上。在丝母连接器的底部通过长螺栓B12固定连接光栅尺连接器11，光栅尺连接器与光栅尺13的一端相连，光栅尺的另一端与驱动输出装置的动力输出板5相连接。驱动输出装置包括挡板和动力输出板，两个挡板10上均设有凹槽，驱动装置中的丝杠设在挡板的凹槽上。在两个挡板的内壁上设有两个凹槽，弹簧的另一端与嵌入在对应的挡板内壁的凹槽内。在两个挡板的底部之间通过螺钉与水平的动力输出板相连。在动力输出板上设有螺栓孔17，动力输出板通过螺栓孔固定在驱动目标上，实现动力输出的作用。