一種基于左右旋絲杠-滑塊連桿機構(gòu)的分布式片彈簧變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器，更特別地說，是指一種基于左右旋絲杠-滑塊 連桿機構(gòu)的分布式片彈黃變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002] 變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器應(yīng)用在諸如機器魚，機器狗等仿生機器人上，可W實現(xiàn)關(guān)節(jié)有 效輸出剛度W及系統(tǒng)剛度的改變，可降低系統(tǒng)能量消耗。節(jié)能原理為W下兩方面：
[0003] (1)彈性元件的彈性變形可W儲存彈性勢能，在一個運動過程中，部分多余的動能 或者重力勢能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，而在接下來的運動過程中，彈性勢能進而又轉(zhuǎn)化為運動所 需要的動能，從長期運動考慮，能夠充分利用多余能量，降低能量損耗。
[0004] (2)研究表明，當(dāng)運動端自然頻率與當(dāng)前運動的頻率相匹配時，則可有效減少做出 該運動的能量消耗。運動端的自然頻率是運動端的剛度和慣性的函數(shù)。通過在運動過程中 實時地改變關(guān)節(jié)剛度，可W使運動端自然頻率隨之改變。從而實現(xiàn)在做出全部運動中所消 耗的能量最低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引為了如何改變輸出端的扭轉(zhuǎn)剛度的技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計了一種基于左右旋絲 杠-滑塊連桿機構(gòu)的分布式片彈黃變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器。該變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器通過"絲杠-滑 塊-連桿-滑塊"機構(gòu)使得輸出端剛度可控，"連桿-滑塊"的柔順性能夠降低整個裝置的震動 進而提高穩(wěn)定性，通過控制輸出端剛度可確保人機交互時的安全性，通過實時調(diào)整剛度進 而可W改變運動端自然頻率從而可W降低能量消耗。
[0006] 本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的優(yōu)點在于：
[0007] ①本發(fā)明設(shè)計的變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器在剛度保持階段不需要提供額外的動力來維 持。
[0008] ②本發(fā)明設(shè)計的變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器在剛度調(diào)節(jié)過程中，電機輸出力矩最終只需驅(qū) 動改變滑塊位置，而彈性元件變形所產(chǎn)生的對抗力則與滑塊運動方向垂直，因而不需克服 彈性元件產(chǎn)生的彈力。
[0009] ③本發(fā)明設(shè)計的變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器應(yīng)用了 "絲杠-滑塊-連桿-滑塊"機構(gòu)，能夠?qū)?現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為與電機輸出軸垂直方向的滑塊移動。
[0010] ④本發(fā)明中的彈性元件的柔順性可W在變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器系統(tǒng)運動中起到抑制 震動作用，從而能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0011] ⑤本發(fā)明設(shè)計的變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器能夠應(yīng)用在機器運動端關(guān)節(jié)，其彈性緩沖作用 可W降低運動端的瞬間作用力，從而提高了安全性。
【附圖說明】
[001引圖1是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的外部結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖IA是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的俯視圖。
[0014] 圖IB是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的近屯、或離屯、示意圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的驅(qū)動部分的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖2A是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的驅(qū)動部分中上絲杠滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖2B是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的驅(qū)動部分中下絲杠滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖2C是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的驅(qū)動部分中DA電機支架的結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖2D是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的驅(qū)動部分中D地機支架的結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架的正視圖。
[0021] 圖3A是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第一支撐件的結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖3B是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第一支撐件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖3C是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第二支撐件的結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖3D是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第二支撐件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 圖3E是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第=支撐件的結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖3F是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第=支撐件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖3G是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第四支撐件的結(jié)構(gòu)圖。
[0028] 圖3H是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第四支撐件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
[0029] 圖31是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第五支撐件的結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖3J是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第五支撐件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 圖3K是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第六支撐件的結(jié)構(gòu)圖。
[0032] 圖化是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第六支撐件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
[0033] 圖3M是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第屯支撐件的結(jié)構(gòu)圖。
[0034] 圖3N是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的關(guān)節(jié)骨架中第屯支撐件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖4是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的彈性元件的結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 圖4A是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第一彈性元件的分解圖。
[0037] 圖4B是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第一彈性元件中內(nèi)外滑塊的剖視圖。
[0038] 圖4C是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第一彈性元件中內(nèi)滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0039] 圖4D是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第一彈性元件中外滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0040] 圖5是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第二彈性元件的分解圖。
[0041 ]圖5A是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第二彈性元件中內(nèi)外滑塊的剖視圖。
[0042] 圖5B是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第二彈性元件中內(nèi)滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0043] 圖5C是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第二彈性元件中外滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0044] 圖6是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第=彈性元件的分解圖。
[004引圖6A是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第S彈性元件中內(nèi)外滑塊的剖視圖。
[0046] 圖6B是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第=彈性元件中內(nèi)滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0047] 圖6C是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的第S彈性元件中外滑塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0048] 圖7是本發(fā)明變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器的近屯、運動狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。

[0051 ]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。
[0052]參見圖1、圖IA所示，本發(fā)明設(shè)計了一種基于左右旋絲杠-滑塊連桿機構(gòu)的分布式 片彈黃變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器，其包括有第一彈性元件1、第二彈性元件2、第=彈性元件3、驅(qū)動 組件4和關(guān)節(jié)骨架5。其中，第一彈性元件1、第二彈性元件2和第=彈性元件3的結(jié)構(gòu)相同。 巧化引第一彈性元件1
[0054] 參見圖1、圖4、圖4A所示，第一彈性元件1包括有AA關(guān)節(jié)軸11、AB關(guān)節(jié)軸12、AC關(guān)節(jié) 軸13、AD關(guān)節(jié)軸14、A上連桿1A、A下連桿1B、A外滑塊1C、A內(nèi)滑塊1D、A黃片1E、AA導(dǎo)桿1F、AB導(dǎo) 桿1G、A支架1H、AA滾動體1J、AB滾動體化。
[0055] 參見圖4、圖4A所示，A上連桿IA的一端設(shè)有用于AA關(guān)節(jié)軸11穿過的AA通孔IAl，A上 連桿IA的另一端設(shè)有用于AB關(guān)節(jié)軸12穿過的AB通孔1A2。
[0056] 參見圖4、圖4A所示，A下連桿IB的一端設(shè)有用于AC關(guān)節(jié)軸13穿過的AC通孔IBl，A下 連桿IB的另一端設(shè)有用于AD關(guān)節(jié)軸14穿過的AD通孔1B2。
[0057] 參見圖4、圖4A、圖4C所示，A外滑塊IC的上端設(shè)有AC凸臺ICl和AD凸臺1C2 ,AC凸臺 ICl與AD凸臺1C2之間是AA凹槽1C3,該AA凹槽1C3用于放置A上連桿IA的另一端，AC凸臺ICl 上設(shè)有AK通孔ICll，該AK通孔ICll用于AB關(guān)節(jié)軸12穿過，AD凸臺1C2上設(shè)有AL通孔1C21，該 AL通孔1C21用于AB關(guān)節(jié)軸12穿過。A外滑塊IC的下端設(shè)有AE凸臺1C4和AF凸臺1C5，AE凸臺 1C4與AF凸臺1C5之間是AB凹槽1C6,該AB凹槽1C6用于放置A下連桿IB的一端，AE凸臺1C4上 設(shè)有用于AD關(guān)節(jié)軸14穿過的AM通孔1C41，AF凸臺1C5上設(shè)有用于AD關(guān)節(jié)軸14穿過的AN通孔 1C51，A外滑塊IC的上端與下端的凸臺結(jié)構(gòu)是相同的。A外滑塊IC上設(shè)有用于AA導(dǎo)桿IF的另 一端穿過的AO通孔1C7,用于AB導(dǎo)桿IG的另一端穿過的AP通孔1C8;A外滑塊IC的中部是AB矩 形通孔1C9,該AB矩形通孔1C9用于用于A黃片IE的一端穿過。A外滑塊IC的一面板上設(shè)有A沉 頭腔IC-I，A沉頭腔IC-I內(nèi)設(shè)有用于放置AA滾動體IJ的AC卡孔1C-2，用于放置AB滾動體化的 AD卡孔1C-3;所述A沉頭腔IC-I用于放置A內(nèi)滑塊ID，且AC卡孔1C-2與AA卡孔IDl配合，AD卡 孔1C-3與AB卡孔1D2配合，AO通孔1C7與AI通孔1D3配合，AP通孔1C8與AJ通孔1D4配合。
[0058] 參見圖4、圖4A、圖4B所示，A內(nèi)滑塊ID的一面板上設(shè)有用于放置AA滾動體IJ的AA卡 孔IDl，用于放置AB滾動體化的AB卡孔1D2;A內(nèi)滑塊ID上設(shè)有用于AA導(dǎo)桿IF的另一端穿過的 AI通孔1D3,用于AB導(dǎo)桿IG的另一端穿過的AJ通孔1D4;A內(nèi)滑塊ID的中部是AA矩形通孔1D5， 該AA矩形通孔1D5用于A黃片化的一端穿過。
[0059] 參見圖4、圖4A所示，A黃片化的一端設(shè)有用于螺釘穿過的AE通孔化1。
[0060] 參見圖4、圖4A所示，AA導(dǎo)桿IF的一端設(shè)有AA圓凸柱IFl。該AA圓凸柱IFl用于限制A 內(nèi)滑塊ID在AA導(dǎo)桿IF的滑動位置。
[0061] 參見圖4、圖4A所示，AB導(dǎo)桿IG的一端設(shè)有AB圓凸柱IGl。該AB圓凸柱IGl用于限制A 內(nèi)滑塊ID在AB導(dǎo)桿IG的滑動位置。
[006引參見圖4、圖4A所示，A支架IH的AA支臂IHl上設(shè)有AF通孔IHl 1，通過在該AF通孔 IHl 1中放置A螺釘6A實現(xiàn)將A支架IH的AA支臂IHl上與第六支撐件5F的EA支臂5F1固定;A支 架IH的AB支臂1H2上設(shè)有AA凸臺1H21和AB凸臺1H22，AA凸臺1H21上設(shè)有用于放置AA導(dǎo)桿IF 另一端的AG通孔1H23，AB凸臺1H22上設(shè)有用于放置AB導(dǎo)桿IG另一端的AH通孔1H24。在本發(fā) 明中，在AA導(dǎo)桿IF另一端安裝在AG通孔1H23后，再采用銷釘頂緊AA導(dǎo)桿IF的另一端。同理， 在AB導(dǎo)桿IG另一端安裝在AH通孔1H24后，再采用銷釘頂緊AB導(dǎo)桿IG的另一端。
[0063] 參見圖4、圖4A所示，AA滾動體IJ上設(shè)有AC圓凸柱IJl。
[0064] 參見圖4、圖4A所示，AB滾動體1K上設(shè)有AD圓凸柱化1。AA滾動體1J上的AC圓凸柱 I