一种新型的圆筒式弹性驱动器的制作方法

本发明属于机器人用驱动器技术领域，具体涉及一种新型的圆筒式弹性驱动器。

背景技术

弹性驱动器作为一种新型的驱动器，一直受到国内外高校和研究所的关注，主要应用于需要柔顺性或弹性的机器人机构中。如在单足跳跃机器人机构，人体关节医疗辅助机构，双足步行机器人，外骨骼服，人体上肢机构等中的应用。它相当于在力输出端与负载之间加入弹簧作为力矩的传递机构，它可以单独承受动力源驱动力和负载反作用力。

目前串联弹性驱动器应用在机器人关节主要分为直线型弹性驱动器和圆周型弹性驱动器两种：直线型弹性驱动器结构上通过驱动器的直线运动输出连接到弹性元件实现关节的柔性输出，这种直线型弹性驱动器需要安装在两关节臂之间，限制了关节的灵活程度；圆周型弹性驱动器是在旋转型驱动器与旋转输出轴间串联弹性元件来实现柔顺特性，圆周型弹性驱动器适用于电机驱动的关节型机器人上，相较于直线型弹性驱动器的优点是省去“旋转－直线－旋转”转换，结构紧凑，关节活动范围大，柔性参数易于设计。

本发明设计了一种新型的圆筒式弹性驱动器，结构紧凑、通用性强。

技术实现要素：

本发明设计了一种新型的圆筒式弹性驱动器，旨在提供一种结构紧凑、通用性强、可以单独承受动力源驱动力和负载反作用力的圆筒式弹性驱动器。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种新型的圆筒式弹性驱动器，包括输入圆盘和输出圆筒，所述输入圆盘与驱动电机连接，所述输出圆筒与负载连接，所述输入圆盘带动所述输出圆筒转动，所述输入圆盘和所述输出圆筒之间设置有弹性元件。

进一步，所述输入圆盘包括下输入圆盘和上输入圆盘，所述下输入圆盘一端的连接轴穿过所述输出圆筒与所述上输入圆盘固定连接；所述上输入圆盘上对称地设置有一对凸块，所述输出圆筒的一端对称地设置有一对挡块，所述凸块与所述挡块相间布置，且相邻的凸块和挡块之间设置有弹性元件。

进一步，所述弹性元件是柱形压缩弹簧；所述柱形压缩弹簧垂直安装在相对应挡块和凸块之间，且相邻的柱形压缩弹簧互呈90°设置。

进一步，所述挡块和所述凸块与所述柱形压缩弹簧配合的工作面上均设置有限位凹槽。

进一步，所述输出圆筒是一筒状结构，筒状结构的中部设置有一横向挡板，所述横向挡板的中央设置有孔结构以便于所述下输入圆盘的连接轴穿过；所述挡块对称地设置在所述横向挡板的上端面边缘。

进一步，所述输出圆筒的外柱面上还设置有连接板以与所述负载连接。

进一步，所述下输入圆盘与所述输出圆筒之间设置有滚动轴承。

进一步，所述输出圆筒横向挡板的下端面与所述滚动轴承配合，所述下输入圆盘上围绕所述连接轴设置有一环形凸台以安装所述滚动轴承。

进一步，所述上输入圆盘的中央设置有螺钉过孔，连接螺钉穿过相对应的螺钉过孔与所述连接轴端部相对应的连接孔配合。

进一步，所述输入圆盘与驱动电机通过谐波减速器连接。

进一步，所述输入圆盘通过连接件与谐波减速器连接；所述连接件一端与所述输入圆盘的下输入圆盘固连，所述连接件另一端通过连接法兰与所述谐波减速器连接。

进一步，所述驱动电机是无刷电机。

进一步，所述输入圆盘和输出圆筒由铝及铝合金材料制成。

该新型的圆筒式弹性驱动器具有以下有益效果：

（1）本发明中，通过上输入圆盘上的凸块压缩弹簧，弹簧推动输出圆筒上的挡块将动力传递给输出圆筒，输出圆筒与负载相连，从而完成动力与转动的柔顺传递，该结构结构简单，容易制造，对驱动器的设计要求不高，重量较轻。

（2）本发明中，机器人用驱动器要求力有低输出阻尼及适应外部负载力的高带宽变化，弹簧刚度对这两项有重要有影响，弹簧刚度减小可以更好地对外部负载力进行滤波，其增大可以提高输出带宽，通过对弹簧刚度的优化分析，已达到符合机器人作业要求的输出阻尼和输出带宽。

附图说明

图1：本发明实施方式中圆筒式弹性驱动器的使用结构示意图；

图2：本发明实施方式中圆筒式弹性驱动器的爆炸图；

图3：本发明实施方式中下输入圆盘的结构示意图；

图4：本发明实施方式中上输入圆盘的结构示意图；

图5：本发明实施方式中输出圆筒的结构示意图ⅰ；

图6：本发明实施方式中输出圆筒的结构示意图ⅱ（后视）。

附图标记说明：

1—谐波减速器；2—连接件；3—圆筒式弹性驱动器；31—下输入圆盘；311—连接轴；312—环形凸台；32—滚动轴承；33—输出圆筒；331—横向挡板的下端面；332—横向挡板的上端面；333—挡块；334—连接板；34—柱形压缩弹簧；35—上输入圆盘；351—凸块；4—负载；5—控制器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图1至图6示出了本发明新型的圆筒式弹性驱动器的具体实施方式。图1是本实施方式中圆筒式弹性驱动器的使用结构示意图；图2是本实施方式中本实施方式中圆筒式弹性驱动器的爆炸图；图3和图4是本实施方式中输入圆盘的结构示意图；图5和图6是本实施方式中输出壳体的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施方式中的新型的圆筒式弹性驱动器3，包括输入圆盘和输出圆筒33，所述输入圆盘与驱动电机连接，输出圆筒33与负载4连接，所述输入圆盘带动输出圆筒33转动，所述输入圆盘和输出圆筒33之间设置有弹性元件。

优选地，所述输入圆盘包括下输入圆盘31和上输入圆盘35，下输入圆盘31一端的连接轴311穿过输出圆筒33与上输入圆盘35固定连接；上输入圆盘35上对称地设置有一对凸块351，输出圆筒33的一端对称地设置有一对挡块333，凸块351与挡块333相间布置，且相邻的凸块351和挡块333之间设置有弹性元件，如图2所示。

优选地，弹性元件是柱形压缩弹簧34；柱形压缩弹簧34垂直安装在相对应挡块333和凸块351之间，且相邻的柱形压缩弹簧34互呈90°设置，如图2所示。机器人用驱动器要求力有低输出阻尼及适应外部负载力的高带宽变化，弹簧刚度对这两项有重要有影响，弹簧刚度减小可以更好地对外部负载力进行滤波，其增大可以提高输出带宽，通过对弹簧刚度的优化分析，已达到符合机器人作业要求的输出阻尼和输出带宽。

优选地，挡块333和凸块351与柱形压缩弹簧34配合的工作面上均设置有限位凹槽，限位凹槽在本实施例中的附图中没画出。

优选地，输出圆筒33是一筒状结构，筒状结构的中部设置有一横向挡板，横向挡板的中央设置有孔结构以便于下输入圆盘31的连接轴311穿过；挡块333对称地设置在所述横向挡板的上端面332边缘，如图5和图6所示。

优选地，输出圆筒33的外柱面上还设置有连接板以与负载4连接。

优选地，下输入圆盘31与输出圆筒33之间设置有滚动轴承32。

具体地，输出圆筒33横向挡板的下端面331与滚动轴承32配合，下输入圆盘31上围绕连接轴311还设置有一环形凸台312以安装滚动轴承32。

优选地，上输入圆盘35的中央设置有螺钉过孔，连接螺钉穿过相对应的螺钉过孔与连接轴311端部相对应的连接孔配合。

优选地，所述输入圆盘与驱动电机通过谐波减速器1连接，如图1所示。

优选地，下输入圆盘31另一端通过连接件2与谐波减速器1连接；连接件2一端与下输入圆盘31另一端固连，连接件2另一端通过连接法兰与谐波减速器1连接。

优选地，驱动电机是无刷电机。

本实施例中，该驱动器的大部分零件，比如输入圆盘和输出圆筒为铝板和铝柱，成本低，经济性好。而且，各铝板的连接配合端均加工成光滑的圆弧结构，使用安全顺畅，没有干涉。

工作时，如图1所示，其动力传递过程是无刷电机（附图中未画出）与谐波减速器1相连，谐波减速器1与驱动器3的输入圆盘连接，驱动器3的输出圆筒33与负载连接。即谐波减速器1与下输入圆盘31相连，无刷电机带动下输入圆盘31转动，通过上输入圆盘35上的凸块351压缩柱形压缩弹簧34，柱形压缩弹簧34通过输出圆筒33的挡块333将动力传递给输出圆筒33，输出圆筒33与负载4相连，从而完成动力与转动的柔顺传递。两组柱形压缩弹簧34置于上输入圆盘35和输出圆筒33之间，使驱动器3能单独承受驱动电机的推力和负载4的反作用力。

弹簧的压缩量表示驱动电机向负载4的输出力的大小，在使用过程中，可通过力传感器测量作用在负载4的作用力而产生一个力测量信号，控制器5将接收到的力测量信号进行处理以控制驱动电机。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。