一种用于机器人关节的串联弹性驱动器的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种用于机器人关节的串联弹性驱动器。


背景技术：

2.近年来，机器人技术取得长足发展，尤其是仿人机器人、服务机器人、康复机器人、协作机器人等具有柔性关节的机器人的研究发展迅速。而仿人关节机器人关节采用的就是弹性驱动，克服了刚性连接在碰撞等冲击载荷下容易造成操作对象或机器人本身零部件损坏的缺点，具有被动柔顺性、阻抗低、抗冲击、力感知、精确力控制等优点，是实现机器人智能交互的有效方案，受到越来越多研究人员的青睐。
3.串联弹性驱动器是机器人柔性关节中的一种，目前已有大量将串联弹性驱动器用于机器人柔性关节的研究，串联弹性驱动器需要将弹性体集成到机器人关节中，提高了机器人关节的柔顺性；但是现有的串联弹性驱动器的结构复杂，对阻力力矩大于驱动力矩的情况时，装置会进行自动脱开连接，防止损坏，重新使用时需要人工修复归位，过程繁琐；因此亟需一种用于机器人关节的串联弹性驱动器来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于机器人关节的串联弹性驱动器，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于机器人关节的串联弹性驱动器，包括：
6.输入机构，所述输入机构与机器人关机的驱动组件传动连接；
7.输出机构，所述输出机构用于机器人关节对外输出；所述输出机构包括输出底板，所述输出底板远离所述输入机构的一端固接有若干传动柱，若干所述传动柱与传动盘的外壁固接；所述传动柱远离所述输出底板的一滚动接触有输出轴，所述传动盘套设在所述输出轴上；所述输出轴用于承受机器人关节的载荷；
8.传动机构，所述传动机构包括摩擦组件，所述摩擦组件的一端与所述输入机构抵接，所述摩擦组件的另一端与所述输出底板抵接；所述输出底板远离所述摩擦组件的一端抵接有压紧组件，所述压紧组件与所述输入机构通过调节螺栓螺纹安装。
9.优选的，所述传动盘包括套设在所述输出轴上的主体，所述主体的外壁开设有若干传动槽，所述传动槽内滑动连接有弹性传动件，所述弹性传动件伸出所述主体并与所述传动柱固接。
10.优选的，所述弹性传动件包括滑动连接在所述传动槽内的传动弹片，所述传动弹片位于所述传动槽内的一端固接有第一弹簧，所述第一弹簧的另一端固接有传动块，所述传动块与所述传动槽底端之间固接有第二弹簧；所述传动块与所述传动槽过盈配合，所述传动块通过杠杆件与所述输出轴可拆卸连接。
11.优选的，所述杠杆件包括开设在所述主体内孔与所述传动槽之间的连接槽，所述连接槽内转动连接有连杆，所述连杆的一端与所述传动块铰接，所述连杆的另一端通过磁性头与所述输出轴吸合抵接。
12.优选的，所述连杆靠近所述传动块的一端套设固接有复位块，所述复位块滑动连接在复位槽内，所述复位槽对称开设在所述连接槽的两侧；所述复位块的两端分别与所述复位槽的两端之间固接有第三弹簧。
13.优选的，所述复位块位于所述连杆的转动轴与所述传动块之间；所述复位块与所述复位槽过盈配合。
14.优选的，所述摩擦组件包括与所述输入机构抵接的第一摩擦块和与所述输出底板抵接的第二摩擦块，所述第一摩擦块和所述第二摩擦块之间抵接有隔离环，所述隔离环与所述输入机构转动连接，所述输出底板套设在所述输入机构外并与之转动连接。
15.优选的，所述压紧组件包括抵接在所述输出底板远离所述第二摩擦块的一端的压紧片，所述压紧片上抵接有压紧轴，所述压紧轴贯穿所述压紧片并伸向所述输入机构；所述调节螺栓与所述压紧轴螺纹连接；所述输入机构套设在所述压紧轴外并与之转动连接；所述输出轴与所述压紧轴转动连接。
16.优选的，所述输入机构包括输入轴，所述输入轴与机器人的所述驱动组件传动连接；所述输入轴位于所述压紧轴和所述输出底板之间并分别与之转动连接；所述隔离环与所述输入轴转动连接；所述输入轴远离所述压紧轴的一端开设有安装槽，所述调节螺栓抵接在所述安装槽底端并与所述压紧轴螺纹连接。
17.本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种用于机器人关节的串联弹性驱动器，主要用于机器人的关节处，实现柔性的仿人运动；同时当阻力的力矩大于输入力矩时输入和输出自动脱开，并在后续实现现自动复位；输入机构与机器人关机的驱动组件传动连接，为本技术的串联弹性驱动器提驱动力矩；输出机构的输出底板和输出轴之间通过传动盘实现传动，且输出轴上加载有载荷，当载荷大于输入力矩时，输出轴与传动盘之间空转滑动；传动机构包括摩擦组件，通过摩擦力将动力从输入机构传递给输出底板，当阻力过大或者受到冲击时，摩擦组件的摩擦力变化，实现传动的连接和断开；压紧组件通过调节螺栓与输入机构螺纹连接在一起，可调节输入机构与输出底板之间的距离，进而调节摩擦组件之间的摩擦力，方便根据实际情况进行不同定量的调节。本发明结构简单，传动效率高，实现了机器人关机的柔性连接；当驱动器脱开时，能实现自动复位，减少了人为复位的工作量。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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。
19.图1为本发明用于机器人关节的串联弹性驱动器结构示意图；
20.图2为本发明传动盘俯视结构示意图；
21.图3为图2中a的局部放大图；
22.其中，1、输入机构；2、输出机构；3、传动机构；4、输入机架；5、输出机架；11、调节螺
栓；12、输入轴；13、安装槽；14、第三轴承；21、输出底板；22、传动柱；23、传动盘；24、输出轴；25、载荷；26、主体；27、传动槽；28、传动弹片；29、第一弹簧；210、传动块；211、第二弹簧；212、连接槽；213、连杆；214、磁性头；215、复位块；216、复位槽；217、第三弹簧；218、转动轴；219、第一轴承；220、第二轴承；31、第一摩擦块；32、第二摩擦块；33、隔离环；34、压紧片；35、压紧轴；36、第四轴承。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.参照图1-3，本发明提供一种用于机器人关节的串联弹性驱动器，包括：
26.输入机构1，输入机构1与机器人关机的驱动组件传动连接；
27.输出机构2，输出机构2用于机器人关节对外输出；输出机构2包括输出底板21，输出底板21远离输入机构1的一端固接有若干传动柱22，若干传动柱22与传动盘23的外壁固接；传动柱22远离输出底板21的一滚动接触有输出轴24，传动盘23套设在输出轴24上；输出轴24用于承受机器人关节的载荷25；
28.传动机构3，传动机构3包括摩擦组件，摩擦组件的一端与输入机构1抵接，摩擦组件的另一端与输出底板21抵接；输出底板21远离摩擦组件的一端抵接有压紧组件，压紧组件与输入机构1通过调节螺栓11螺纹安装。
29.本发明公开了一种用于机器人关节的串联弹性驱动器，主要用于机器人的关节处，实现柔性的仿人运动；同时当阻力的力矩大于输入力矩时输入和输出自动脱开，并在后续实现现自动复位；输入机构1与机器人关机的驱动组件传动连接，为本技术的串联弹性驱动器提驱动力矩；输出机构2的输出底板21和输出轴24之间通过传动盘23实现传动，且输出轴24上加载有载荷25，当载荷25大于输入力矩时，输出轴24与传动盘23之间空转滑动；传动机构3包括摩擦组件，通过摩擦力将动力从输入机构1传递给输出底板21，当阻力过大或者受到冲击时，摩擦组件的摩擦力变化，实现传动的连接和断开；压紧组件通过调节螺栓11与输入机构1螺纹连接在一起，可调节输入机构1与输出底板21之间的距离，进而调节摩擦组件之间的摩擦力，方便根据实际情况进行不同定量的调节。
30.进一步优化方案，传动盘23包括套设在输出轴24上的主体26，主体26的外壁开设有若干传动槽27，传动槽27内滑动连接有弹性传动件，弹性传动件伸出主体26并与传动柱22固接；弹性传动件包括滑动连接在传动槽27内的传动弹片28，传动弹片28位于传动槽27内的一端固接有第一弹簧29，第一弹簧29的另一端固接有传动块210，传动块210与传动槽27底端之间固接有第二弹簧211；传动块210与传动槽27过盈配合，传动块210通过杠杆件与输出轴24可拆卸连接。当载荷25为0时，输入机构1通过摩擦组件带动输出底板21旋转，进而通过传动盘23的弹性传动间带动主体26转动，主体26带动输出轴24转动；当载荷25大于0但小于输入力矩时，摩擦组件带动输入底板转动，传动柱22带动传动弹片28在传动槽27内滑
动，传动块210保持不动，第一弹簧29拉伸，通过主体26带动输出轴24转动；当载荷25大于输入力矩时，摩擦组件带动输出底板21转动，传动弹片28拉动第一弹簧29，使传动块210滑动，进而使传动块210带动杠杆件与输出轴24发生相对滑动，使主体26无法带动输出轴24转动，但是也能阻止输出轴24反转导致载荷25掉落，当动作完成后，卸去载荷25，第一弹簧29和第二弹簧211带动传动块210复位，杠杆件再次使主体26与输出轴24连接，方便下次动作使用。
31.进一步优化方案，杠杆件包括开设在主体26内孔与传动槽27之间的连接槽212，连接槽212内转动连接有连杆213，连杆213的一端与传动块210铰接，连杆213的另一端通过磁性头214与输出轴24吸合抵接。传动块210滑动时，带动与之铰接的连杆213旋转，通过杠杆作用使磁性头214与输出轴24之间发生相对位移，进而发生相对滑动。
32.进一步优化方案，连杆213靠近传动块210的一端套设固接有复位块215，复位块215滑动连接在复位槽216内，复位槽216对称开设在连接槽212的两侧；复位块215的两端分别与复位槽216的两端之间固接有第三弹簧217；复位块215位于连杆213的转动轴218与传动块210之间；复位块215与复位槽216过盈配合。复位块215和第三弹簧217的组合使得装置在卸掉载荷25后，连杆213能快速复位。
33.进一步优化方案，摩擦组件包括与输入机构1抵接的第一摩擦块31和与输出底板21抵接的第二摩擦块32，第一摩擦块31和第二摩擦块32之间抵接有隔离环33，隔离环33与输入机构1转动连接，输出底板21套设在输入机构1外并与之转动连接。输入机构1通过第一摩擦块31带动隔离环33旋转，进而通过第二摩擦块32带动输出底板21旋转；当阻力过或者输入的力过快时，第一摩擦块31、隔离环33、第二摩擦块32以及输出底板21之间发生滑动摩擦，使动力不能完全传输，起到保护作用，防止关节的活动部件过载损坏。
34.进一步优化方案，压紧组件包括抵接在输出底板21远离第二摩擦块32的一端的压紧片34，压紧片34上抵接有压紧轴35，压紧轴35贯穿压紧片34并伸向输入机构1；调节螺栓11与压紧轴35螺纹连接；输入机构1套设在压紧轴35外并与之转动连接；输出轴24与压紧轴35转动连接。调节螺栓11同通过压紧轴35将摩擦组件压在中间，实现动力传输，实现同一串联弹性驱动器在对应不同阻力矩条件下的不同场合下的应用。
35.进一步的，压紧片34优选为碟簧，当调节螺栓11松动时，能实现复位。
36.进一步优化方案，输入机构1包括输入轴12，输入轴12与机器人的驱动组件传动连接；输入轴12位于压紧轴35和输出底板21之间并分别与之转动连接；隔离环33与输入轴12转动连接；输入轴12远离压紧轴35的一端开设有安装槽13，调节螺栓11抵接在安装槽13底端并与压紧轴35螺纹连接。
37.进一步的，本技术转动连接的部件之间均设置有轴承；输入轴12和隔离环33之间设置有第三轴承14；输入轴12和压紧轴35之间设置有第二轴承220，输出底板21与输入轴12之间设置有第一轴承219，输出轴24与压紧轴35之间设置有第四轴承36；减少了旋转的能量损耗和零件磨损。
38.进一步的，输入轴12转动连接在输入机架4上，输出轴24转动连接在输出机架5上，实现装置的稳定固定。
39.使用方法：
40.将本装置的输入机架4和输出机架5安装到机器人关节的适当位置，然后组装好本技术的串联弹性驱动装置，并将驱动组件(图中未显示)与输入轴12通过包括但不限于钢
丝、皮带、链条等形式进行出传动连接，最后将可调节的载荷25与输出轴24连接到一起。
41.根据机器人的实际需求和工作内容，选择合适的调节螺栓11的连接松紧度，使摩擦组件之间的摩擦系数符合使用要求。
42.启动驱动组件，带动输入抽转动，输入轴12通过摩擦组件带动输出底板21转动，通过传动柱22和传动盘23将运动传递给输出轴24。
43.修改载荷25的大小，当载荷25为0时，输入机构1通过摩擦组件带动输出底板21旋转，进而通过传动盘23的弹性传动间带动主体26转动，主体26带动输出轴24转动；当载荷25大于0但小于输入力矩时，摩擦组件带动输入底板转动，传动柱22带动传动弹片28在传动槽27内滑动，传动块210保持不动，第一弹簧29拉伸，通过主体26带动输出轴24转动；当载荷25大于输入力矩时，摩擦组件带动输入底板转动，传动弹片28拉动第一弹簧29，使传动块210滑动，进而使传动块210带动杠杆件与输出轴24发生相对滑动，使主体26无法带动输出轴24转动，但是也能阻止输出轴24反转导致载荷25掉落，当动作完成后，卸去载荷25，第一弹簧29和第二弹簧211带动传动块210复位，杠杆件再次使主体26与输出轴24连接，方便下次动作使用。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。