一种柔性直线驱动装置的制作方法

本发明涉及一种驱动装置，尤其是涉及一种柔性直线驱动装置。

背景技术：

随着智能机器人技术不断发展，人们对康复机器人、动力外骨骼等设备的控制要求越来越高。在此类设备的关节设计中，刚性驱动已经较难满足人们的要求，而引入柔性驱动逐渐成为新的驱动设计理念。

柔性驱动是利用弹性元件进行缓冲，不仅能使设备关节的运动更加贴和人体的运动姿态，使其更加自然、协调，还能减小系统能耗与机械结构的磨损，并提高设备的自适应能力。直线驱动器常用于实现智能机器人的肌肉功能。现有的柔性直线驱动器通常存在结构复杂、驱动行程短、不够轻便等缺点。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种柔性直线驱动装置，以解决现有柔性直线驱动装置结构复杂、驱动行程短、不够轻便的缺点，从而提高设备运动的自然性、协调性，并减小系统能耗与设备的刚性碰撞，提高设备的便携性。

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柔性直线驱动装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柔性直线驱动装置，包括：

支架组件：包括滚轮支架，以及布置在滚轮支架内的滚轮组；

导向杆组件：包括固定于支架组件端部的导向杆，以及套设在导向杆外部的压力弹簧；

绕绳组件：包括通过缆绳连接导向杆的绕绳杆。

进一步的，所述滚轮组包括固定在滚轮支架上的第一铰链杆和第二铰链杆，以及分别安装在第一铰链杆和第二铰链杆上的第一滚轮、第一轴承和第二滚轮、第二轴承。

进一步的，所述第一滚轮和第二滚轮两端均安装有垫圈。

进一步的，所述导向杆一端安装有第三滚轮单元，导向杆另一端安装有对压力弹簧进行限位的限位螺母。

更进一步的，所述第三滚轮单元包括固定在导向杆上的滚轮座、固定在滚轮座上的第三铰链杆，以及安装在第三铰链杆上的第三滚轮和第三轴承。

更进一步的，所述第三轴承两端均安装有垫圈。

进一步的，所述导向杆上还安装有直线轴承，所述压力弹簧一端抵接所述直线轴承，另一端与限位螺母相连接。

进一步的，所述绕绳组件外部套设有电机支架，所述绕绳组件包括固定在电机支架两端的绕绳杆第一轴承和绕绳杆第二轴承、以及安装在绕绳杆第一轴承和绕绳杆第二轴承之间的绕绳杆。

更进一步的，所述电机支架一端固定电机组件，所述电机组件包括无刷直流电机，以及用于固定无刷直流电机的电机法兰，所述无刷直流电机的输出端与绕绳组件连接，所述电机支架另一端固定有端盖。

进一步的，所述滚轮支架组件上还固定有检测导向杆组件位移的位移传感器。

当缆绳末端有负载时，用无刷直流电机驱动绕绳组件，使缆绳缠绕在绕绳杆上，依次通过第二滚轮、第三滚轮带动导向杆组件的移动，即导向杆被牵拉进入滚轮支架内，由于导向杆外侧套设的压力弹簧，产生柔性阻尼，当无刷直流电机停止作用，导向杆恢复，产生驱动。位移传感器可测得导向杆组件的运动情况。本发明采用缆绳传动，由于只能靠张力传动，因此装置只能单向驱动，符合仿生肌肉驱动的理念。整体结构紧凑、较为轻便。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、利用绕绳杆-缆绳-滚轮组合的形式，将电机的旋转运动转化为了直线牵拉运动，从而极大地增加了直线驱动器的牵拉行程；

2、在柔性设计方面，本发明采用的是弹簧缓冲和绳驱的方式，能够做单向柔性牵拉运动；

3、本发明结构紧凑、较为轻便，适合但不仅限用于智能机器人、动力外骨骼等设备的柔性驱动装置。

附图说明

图1为本发明一种柔性直线驱动装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种柔性直线驱动装置的整体剖面示意图；

图3为本发明所述的滚轮支架组件结构示意图；

图4为本发明所述的导向杆组件结构示意图。

图中标号所示：

1-端盖；2-电机支架；3-绕绳组件；4-电机组件；5-支架组件；6-导向杆组件；7-位移传感器；8-缆绳；301-绕绳杆第一轴承；302-绕绳杆；303-绕绳杆第二轴承；401-电机法兰；402-无刷直流电机；501-滚轮支架；502-第一滚轮；503-第一轴承；504-第一滚轮第一垫圈；505-第一滚轮第二垫圈；506-第一铰链杆；507-第二滚轮；508-第二轴承；509-第二滚轮第一垫圈；510-第二滚轮第二垫圈；511-第二铰链杆；601-导向杆；602-限位螺母；603-压力弹簧；604-直线轴承；605-滚轮座；606-第三滚轮；607-第三轴承；608-第三滚轮第一垫圈；609-第三滚轮第二垫圈；610-第三铰链杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种柔性直线驱动装置，如图1所示，包括端盖1、电机支架2、绕绳组件3、电机组件4、支架组件5、导向杆组件6、位移传感器7和缆绳8。

如图2所示，端盖1安装固定在电机支架2的一端；电机支架2的下方设有固定用的光孔，上方设有用于安装滚轮支架组件的螺纹孔，电机支架2设有轴孔，用于安装放置绕绳组件3和电机组件4，其中安装电机组件4的轴孔设置为阶梯状以用于限位；绕绳组件3由绕绳杆302以及结构相同的绕绳杆第一轴承301和绕绳杆第二轴承303组成，绕绳杆302的中间部分有放置缆绳8的槽，两端设有限制绕绳杆第一轴承301和绕绳杆第二轴承302的轴肩，绕绳杆302轴向一端有电机输出轴的轴孔，轴向另一端是固定缆绳8的螺纹孔，绕绳杆第一轴承301被端盖1和绕绳杆302所限位，绕绳杆第二轴承303被电机支架2和绕绳杆302限位；电机组件4由电机法兰401和无刷直流电机402组成，电机法兰401固定在电机支架2上，无刷直流电机402固定在电机法兰401上，其输出轴与绕绳组件3连接。

支架组件5结构如图3所示，支架组件5包括滚轮支架501、第一滚轮502、第一轴承503、第一滚轮第一垫圈504、第一滚轮第二垫圈505、第一铰链杆506、第二滚轮507、第二轴承508、第二滚轮第一垫圈509、第二滚轮第二垫圈510、第二铰链杆511，滚轮支架501固定在电机支架2上，一端设有轴孔和螺纹孔以用于安装导向杆组件6，第一滚轮502、第一轴承503、第一滚轮第一垫圈504和第一滚轮第二垫圈505同轴心，且第一滚轮第一垫圈504和第一滚轮第二垫圈505分别安装在第一轴承503两侧，第二滚轮第一垫圈509和第二滚轮第二垫圈510分别安装在第二轴承508两侧。第一轴承503、第一滚轮507、第一滚轮第一垫圈509和第一滚轮第二垫圈505通过第一铰链杆506安装在滚轮支架501上；第二滚轮507、第二轴承508、第二滚轮第一垫圈509、第二滚轮第二垫圈510、第二铰链杆511的安装方式与上述一致。

导向杆组件结构如图4所示，导向杆组件6由导向杆601、限位螺母602、压力弹簧603、直线轴承604、滚轮座605、第三滚轮606、第三轴承607、第三轴承第一垫圈608、第三轴承第二垫圈609和第三铰链杆610组成。其中，限位螺母602和直线轴承604对压力弹簧603限位，而导向杆601可以做伸缩运动，导向杆601一端连接有滚轮座605，并安装了滚轮等零件，安装方式与支架组件5中的一致；位移传感器7被固定在滚轮支架501上，用于检测滚轮座605的位移情况；缆绳8的一端固定后缠绕在绕绳组件3，其绳体依次经第二滚轮507、第三滚轮606、第一滚轮502导向后从滚轮支架501的出绳口穿出。

当缆绳8末端有负载时，用无刷直流电机402驱动绕绳组件3，使缆绳8缠绕在绕绳杆302上，依次通过第二滚轮507、第三滚轮606带动导向杆组件6的移动，即导向杆601被牵拉进入滚轮支架501内，由于导向杆601外侧套设的压力弹簧603，产生柔性阻尼，当无刷直流电机402停止作用，导向杆602恢复，产生驱动。位移传感器7可测得导向杆组件6的运动情况。本发明采用缆绳传动，由于只能靠张力传动，因此装置只能单向驱动，符合仿生肌肉驱动的理念。整体结构紧凑、较为轻便。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。