專利名稱：緊湊拉繩式彈性驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于機器人、基于力控制的驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
機器人在未知的環(huán)境操作中，能夠適應(yīng)外部環(huán)境的力控制的機器人是令人滿意的。當(dāng)前，機器人的力控制方法有1.直接力控制法，通過控制算法以及感測的外部信息來決定機器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩，使機器人對外部環(huán)境產(chǎn)生合適的作用力。2.間接力控制法，通過測量彈性變形等方式間接控制力輸出。驅(qū)動器作為一種設(shè)備或機械裝置，是將某種形式的能量或者轉(zhuǎn)化為機械力、力矩， 或者轉(zhuǎn)化為直線速度、旋轉(zhuǎn)速度。作為機器人用的驅(qū)動器首先應(yīng)該重量輕，輸出功率大，能夠提供較高的力或力矩，并且造價低。另外，與外部環(huán)境互動過程中，在較寬的輸出力的范圍內(nèi)應(yīng)有良好的力輸出特性的一致性，以免引起機器人本身或與之接觸的外部設(shè)施的損害。最后，機器人在未知的環(huán)境工作時，所產(chǎn)生的沖擊能量通過機器人結(jié)構(gòu)傳遞到驅(qū)動器中，必須提高驅(qū)動器抗沖擊載荷能力，避免其損傷?，F(xiàn)階段，力控制裝置主要有直接驅(qū)動裝置、齒輪驅(qū)動裝置、蝸輪蝸桿驅(qū)動裝置等。 這些裝置本身具有相互矛盾的性質(zhì)。例如齒輪減速機構(gòu)，將電動機的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為機器人所需要的低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩。但由于齒輪機構(gòu)自身的摩擦、齒輪間隙等非線性因素， 以及增大了負載轉(zhuǎn)動慣量，使驅(qū)動器輸出力的精確度降低，抗沖擊載荷能力下降。因此，研制出功率質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)高帶寬變化的力以及保持其穩(wěn)定性的驅(qū)動器越來越受到重視，是機器人技術(shù)重點研究的領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)的串聯(lián)彈性驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)特點是采用了兩組串聯(lián)的彈簧，這樣每一組串聯(lián)彈簧將占用一定的空間，增大了驅(qū)動器的體積且結(jié)構(gòu)也不緊湊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，適用范圍廣的緊湊拉繩式彈性驅(qū)動器。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明緊湊拉繩式彈性驅(qū)動器，包括殼體、伺服電機、驅(qū)動輪、滑輪、拉繩、拉繩導(dǎo)向塊、輸出桿、彈簧、驅(qū)動桿、導(dǎo)桿、固定圓柱、主動滑塊、從動滑塊，其特征是殼體包括上殼體和下殼體，驅(qū)動輪、滑輪、拉繩、拉繩導(dǎo)向塊、輸出桿、彈簧、驅(qū)動桿、導(dǎo)桿、固定圓柱、主動滑塊、從動滑塊均安裝在下殼體里，上殼體通過固定圓柱安裝在上殼體上面，伺服電機固定在下殼體下方，所述的導(dǎo)桿有兩個、且前后布置，拉繩導(dǎo)向塊為兩個、左右布置，兩個拉繩導(dǎo)向塊固定在下殼體里，兩個導(dǎo)桿固定在兩個拉繩導(dǎo)向塊中間，主動滑塊、從動滑塊和彈簧組成的機構(gòu)有兩組，每組機構(gòu)包括一個主動滑塊、一個從動滑塊和兩個彈簧且均安裝在兩個導(dǎo)桿上，彈簧位于主動滑塊和從動滑塊構(gòu)成的內(nèi)部空間里，滑輪有兩組，每組滑輪分為上、 下滑輪，兩組滑輪分別位于左側(cè)拉繩導(dǎo)向塊的左側(cè)和右側(cè)拉繩導(dǎo)向塊的右側(cè)，驅(qū)動輪同伺服電機相連，拉繩有兩根，兩根拉繩均纏繞在驅(qū)動輪和滑輪上、且穿過主動滑塊和從動滑塊的拉繩孔，兩根拉繩在兩個主動滑塊上的拉繩孔兩側(cè)均打結(jié)，輸出桿分別通過兩個驅(qū)動桿與兩個從動滑塊相連。本發(fā)明還可以包括1、所述的驅(qū)動桿與輸出桿和從動滑塊通過球鉸相連。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明是一種新的高效率、小型化、模塊化、具有仿生特征的彈性驅(qū)動器，為設(shè)計一種對復(fù)雜地形高度適應(yīng)、性能可靠、體積小巧、在高速行走時具有關(guān)節(jié)緩沖能力的步行機器人提供技術(shù)基礎(chǔ)，具有很高的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的部分剖視圖；圖2是本發(fā)明的主視圖；圖3是本發(fā)明的上下殼體圖；圖4是本發(fā)明的立體圖；圖5是本發(fā)明的控制方框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述實施方式1:結(jié)合圖1至圖4，本發(fā)明的是一種電機驅(qū)動的彈性驅(qū)動器，伺服電機22與彈性驅(qū)動器下殼體1通過螺絲固聯(lián)，驅(qū)動輪21固定在伺服電機22的輸出軸上，上下拉繩19、20—部分均纏繞在驅(qū)動輪21上，另一部分均穿過主動滑塊15和從動滑塊16的拉繩孔，上下拉繩 19,20在主動滑塊15上的拉繩孔兩側(cè)均打結(jié)，上下滑輪2、18與軸承3配合，軸承3套在下殼體1上的軸承軸上，主動滑塊15和從動滑16塊均穿在前后導(dǎo)桿12、13上，前后彈簧5、6 也均穿在前后導(dǎo)桿12、13上，兩端分別被主動滑塊15和從動滑塊16壓緊，四個球鉸8分別通過螺釘固定在從動滑塊16和輸出桿7上，左右驅(qū)動桿9、10的兩端分別與球鉸相連，前后固定圓柱11、14通過螺釘固定上下殼體1、23。其動力傳遞過程為動力源為一個伺服電機22，電機22的輸出軸與驅(qū)動輪21連在一體，拉繩19、20 —部分纏繞在驅(qū)動輪21上，另一部分繞過滑輪穿過主動滑塊15和從動滑塊16的拉繩孔，并在主動滑塊15拉繩孔兩側(cè)打結(jié)。這樣，電機22的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過驅(qū)動輪21和拉繩19、20轉(zhuǎn)化為兩個主動滑塊15沿導(dǎo)桿12、13軸向的相向或相反的方向往復(fù)移動。彈簧5、6套在導(dǎo)桿12、13上，主動滑塊15將能量傳給彈簧5、6，彈簧5、6受壓將推動兩個從動滑塊16沿導(dǎo)桿12、13軸向相向或相反的方向往復(fù)移動，從動滑塊16的相向或相反的往復(fù)移動推動兩個驅(qū)動桿9、10的開合，驅(qū)動桿9、10的開合將推動輸出桿7沿下殼體 1滑槽方向來回移動，實現(xiàn)其力和速度的輸出。結(jié)合圖5，兩組彈簧置于伺服電機22與外部負載M之間，使其承受驅(qū)動器的推力及負載M的反作用力，彈簧5、6的壓縮量以及驅(qū)動桿9、10的開合表示驅(qū)動器向負載對輸出力的大小。力傳感器25通過測量作用在負載22的作用力而產(chǎn)生一個力測量信號。控制器27將接受的力測量信號與給定信號沈進行比較并處理。基于控制法則，控制器產(chǎn)生控制電機電流量的控制信號，使電機輸出期望轉(zhuǎn)矩以壓縮彈簧，實現(xiàn)彈性驅(qū)動器的輸出。
權(quán)利要求
1.緊湊拉繩式彈性驅(qū)動器，包括殼體、伺服電機、驅(qū)動輪、滑輪、拉繩、拉繩導(dǎo)向塊、輸出桿、彈簧、驅(qū)動桿、導(dǎo)桿、固定圓柱、主動滑塊、從動滑塊，其特征是殼體包括上殼體和下殼體，驅(qū)動輪、滑輪、拉繩、拉繩導(dǎo)向塊、輸出桿、彈簧、驅(qū)動桿、導(dǎo)桿、固定圓柱、主動滑塊、從動滑塊均安裝在下殼體里，上殼體通過固定圓柱安裝在上殼體上面，伺服電機固定在下殼體下方，所述的導(dǎo)桿有兩個、且前后布置，拉繩導(dǎo)向塊為兩個、左右布置，兩個拉繩導(dǎo)向塊固定在下殼體里，兩個導(dǎo)桿固定在兩個拉繩導(dǎo)向塊中間，主動滑塊、從動滑塊和彈簧組成的機構(gòu)有兩組，每組機構(gòu)包括一個主動滑塊、一個從動滑塊和兩個彈簧且均安裝在兩個導(dǎo)桿上， 彈簧位于主動滑塊和從動滑塊構(gòu)成的內(nèi)部空間里，滑輪有兩組，每組滑輪分為上、下滑輪， 兩組滑輪分別位于左側(cè)拉繩導(dǎo)向塊的左側(cè)和右側(cè)拉繩導(dǎo)向塊的右側(cè)，驅(qū)動輪同伺服電機相連，拉繩有兩根，兩根拉繩均纏繞在驅(qū)動輪和滑輪上、且穿過主動滑塊和從動滑塊的拉繩孔，兩根拉繩在兩個主動滑塊上的拉繩孔兩側(cè)均打結(jié)，輸出桿分別通過兩個驅(qū)動桿與兩個從動滑塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊拉繩式彈性驅(qū)動器，其特征是所述的驅(qū)動桿與輸出桿和從動滑塊通過球鉸相連。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供緊湊拉繩式彈性驅(qū)動器，驅(qū)動輪、滑輪、拉繩、拉繩導(dǎo)向塊、輸出桿、彈簧、驅(qū)動桿、導(dǎo)桿、固定圓柱、主動滑塊、從動滑塊均安裝在下殼體里，上殼體通過固定圓柱安裝在上殼體上面，伺服電機固定在下殼體下方，導(dǎo)桿和拉繩導(dǎo)向塊分別為兩個，主動滑塊、從動滑塊和彈簧組成的機構(gòu)有兩組，滑輪有兩組，驅(qū)動輪同伺服電機相連，兩根拉繩均纏繞在驅(qū)動輪和滑輪上，輸出桿分別通過兩個驅(qū)動桿與兩個從動滑塊相連。本發(fā)明是一種新的高效率、小型化、模塊化、具有仿生特征的彈性驅(qū)動器，為設(shè)計一種對復(fù)雜地形高度適應(yīng)、性能可靠、體積小巧、在高速行走時具有關(guān)節(jié)緩沖能力的步行機器人提供技術(shù)基礎(chǔ)，具有很高的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號F16H37/12GK102182809SQ20111011283
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者卿智忠, 姜娜敏, 常冬艷, 張 杰, 張維, 王海龍, 王立權(quán), 趙朋, 馬洪文 申請人:哈爾濱工程大學(xué)