大跨度变刚度驱动单元的制作方法

本发明涉及的是一种机械工程领域的技术，具体是一种能够灵活调整伸长且跨度达到1m以上的变刚度驱动单元。

背景技术：

现有的驱动单元实现力输出，需要配置合适功率的电机和丝杆，还需要预先铺设好相应的运动轨道，这无疑增加了驱动单元的重量和惯量，不利于提高机械系统的灵活性和轻便性；以液压或气压方式的缸体，其输出的有效行程一般小于或等于其气缸顶杆的长度，如此，要实现大行程的距离输出，需要安装较大的机械本体；直线驱动机构一般无法控制末端输出力的大小，要实现刚度调节，需要在末端执行器上安装相应的力传感器以监测作用力的大小，通过调节相对距离来改变施加力的大小，额外增加的传感器占用工作空间的同时还增加了系统的复杂程度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种大跨度变刚度驱动单元，能够实现大行程的距离输出并通过传感器反馈控制伸长的距离，再通过控制密闭腔体的内部压力，实现单元末端的输出刚度可调节。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：卷绕机构和与之相连的气动外翻机构，其中：卷绕机构通过固定底板设置于安装平台上，气动外翻机构将预先折叠的末端执行器打开并控制气压以调节整体刚度，当完成工作任务后通过放气实现折叠回收。

所述的卷绕机构包括：电机、固定框架、卷绕轴和压辊轴，其中：电机位于固定框架的外侧，卷绕轴与电机的输出轴相连，卷绕轴通过轴承设置于固定框架中，压辊轴通过轴承转动设置于固定框架的上侧。

所述的气动外翻机构包括：气柱、反卷外套和反卷内套，其中：气柱的末端缠绕于卷绕轴上，反卷内套设置于气柱的顶端并由气柱由内而外包裹，反卷外套卡箍于被气柱包裹的反卷内套的外壁上以实现对气柱的密封。

所述的反卷外套的顶端设有运动副用以连接动平台，该动平台结构可由实际的工作任务确定。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过充气的方式将原本折叠的末端执行器打开，完成工作任务后，将执行器的腔体折叠收回，精简了驱动单元的体积，并保证了大跨度的距离输出，通过传感器的信号反馈，实现输出距离可控，减少了安装成本，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的部分结构示意图；

图3为卷绕机构的侧视图；

图4为卷绕机构的俯视图；

图5为气动外翻机构的侧视图；

图6为气动外翻机构的正视图；

图中：固定底板1、卷绕机构2、气动外翻机构3、动平台4、安装平台5、电机6、固定框架7、带边轴承8、压辊轴9、卷绕轴10、限制顶盖11、气柱12、反卷外套13、反卷内套14、运动副15。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括：卷绕机构2和与之相连的气动外翻机构3，其中：卷绕机构2通过固定底板1设置于安装平台5上。

所述的卷绕机构2包括：电机6、固定框架7、卷绕轴10、两个压辊轴9和带边轴承8，其中：电机6位于固定框架7的外侧，卷绕轴10与电机6的输出轴相连，卷绕轴10通过带边轴承8设置于固定框架7内，两个压辊轴9通过带边轴承8转动设置于固定框架7的上侧。

所述的电机6为360°舵机。

所述的固定框架7的上表面有安装卡槽，与限制顶盖11相配合。

所述的气动外翻机构3包括：气柱12、一对反卷外套13和反卷内套14，其中：气柱12的末端缠绕于卷绕轴10上，气柱12顶端由反卷内套14的中央穿过并包覆于反卷内套14的外壁上，一对反卷外套13卡箍于被气柱12包裹的反卷内套14的外壁上以实现对气柱12的密封。

所述的反卷外套14的顶端设有运动副15以连接动平台4。

所述的运动副15为s副和u副。

所述的驱动单元的数量能够根据实际构型增添以实现多自由度的空间运动。

本装置采用气动方式将预先折叠的末端执行器打开，并通过控制气压来改变执行器的刚度，完成工作任务后将执行器的气体压出，腔体折叠收回。相比于传统的充气控制执行器的刚度产品，该发明能够将执行器的初始体积压缩至很小，精简了驱动单元体积，同时，可实现变刚度的大跨度距离输出，并通过传感器的信号反馈，实现输出距离精准控制。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：

技术总结
一种灵活调整伸长的大跨度变刚度驱动单元，包括：卷绕机构和与之相连的气动外翻机构，卷绕机构通过固定底板设置于安装平台上；卷绕机构包括：电机、固定框架、卷绕轴和压辊轴，其中：电机位于固定框架的外侧，卷绕轴与电机的输出轴相连，卷绕轴通过轴承设置于固定框架中，压辊轴通过轴承转动设置于固定框架的上侧。本发明通过充气的方式将原本折叠的末端执行器打开，完成工作任务后，将执行器的腔体折叠收回，精简了驱动单元的体积，并保证了大跨度的距离输出，通过传感器的信号反馈，实现输出距离可控，减少了安装成本，提高了工作效率。

技术研发人员：陈根良;王皓;杜聪聪;王珏
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2018.09.27
技术公布日：2019.01.22