技术摘要：
本发明属于机器人驱动器技术领域，旨在解决串联弹性驱动器无法进行外界阻力矩限制以及在受到外部撞击后需要人工修复的问题；本发明提供了一种串联弹性驱动器，包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，输入装置用于提供动力以驱动力矩限制装置、输出装置运动；力矩限制  全部
背景技术：
驱动装置作为机器人系统运动和驱动力的输入单元，其性能优劣对机器人系统的 整体性能具有很大影响。传统机器人多采用刚性驱动器，能够精确的传递运动，而人或其它 动物的驱动装置是肌肉组织，具有柔顺性，导致传统机器人系统在运动、安全与能源效率等 方面远远不及人或其它动物，因此刚性驱动器已经阻碍高性能机器人的发展。为了解决这 个问题，研究人员提出一种模拟生物肌肉的柔顺性驱动器--串联弹性驱动器，其主要是在 驱动装置与末端执行器之间增加具有弹性和阻尼特性的装置，解除驱动装置和末端执行器 之间的耦合关系，同时使串联弹性驱动器输出力与其形变量、相对速度成一定关系。 与传统的刚性驱动器相比，串联弹性驱动器具有被动柔顺性、阻抗低、抗冲击、力 感知、精确力控制等优点，但是现有技术中公开的串联弹性驱动器存在无源偏转极限(即现 有串联弹性驱动器中采用的弹簧、扭簧等弹性元件存在最大偏转角)，导致串联弹性驱动器 在撞击等情况下由于无源偏转极限的存在易引起力矩急剧增大，从而造成机器人系统等的 损害；此外，现有技术中公开的串联弹性驱动器在应对外部力矩大于驱动器力矩的情况时， 通常采用装置脱离以保护驱动装置，重新使用时需要人工修复归位，结构复杂，操作繁琐。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决串联弹性驱动器无法进行外界阻力 矩限制以及在受到外部撞击后需要人工修复的问题，本发明提供了一种串联弹性驱动器， 包括输入装置、力矩限制装置和输出装置，所述输入装置用于提供动力以驱动所述力矩限 制装置、所述输出装置运动； 所述力矩限制装置包括主动支撑装置、第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片和 压紧装置；所述主动支撑装置的动力输入端与所述输入装置的动力输出端连接；所述第一 摩擦片、所述从动支撑装置和所述第二摩擦片依次套设于所述主动支撑装置；所述压紧装 置设置于所述第二摩擦片远离所述第一摩擦片的一侧，用于调控所述第一摩擦片、所述第 二摩擦片与所述从动支撑装置之间的摩擦力矩； 所述输出装置包括弹性元件、输出轴，所述弹性元件设置于所述输出轴与从动支 撑装置之间以传递动力。 在一些优选实例中，所述压紧装置包括从动装置压板、碟簧和碟簧压紧装置，所述 从动装置压板套设于所述主动支撑装置远离所述输入装置的一端，用于压紧所述第二摩擦 片；所述碟簧、所述碟簧压紧装置依次设置于所述从动装置压板远离所述第二摩擦片的一 侧，且所述碟簧套设于所述碟簧压紧装置；所述碟簧压紧装置远离所述输出装置的一端通 过涨紧滑动轴承与所述主动支撑装置连接。 在一些优选实例中，所述从动装置压板包括第一端部、第二端部，所述第一端部和 4 CN 111590555 A 说　明　书 2/8 页 所述第二端部形成圆台结构且所述第一端部的直径大于所述第二端部的直径；所述圆台结 构的中间开设有贯通结构，所述贯通结构包括第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段和第二 直线段，所述第一圆弧段和所述第二圆弧段、所述第一直线段和所述第二直线段分别相对 设置； 所述第一端部上设置有凸台结构，所述凸台结构的内径与所述第二摩擦片的外径 一致。 在一些优选实例中，所述从动装置压板通过第二移动滑动轴承套设于所述主动支 撑装置的端部； 所述第二移动滑动轴承的外侧设置有与所述贯通结构相适配的第一外侧圆弧段、 第一外侧直线段、第二外侧圆弧段和第二外侧直线段。 在一些优选实例中，所述碟簧压紧装置包括第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四 轴段，所述第一轴段、所述第二轴段、所述第三轴段和所述第四轴段依次连接并构成外径依 次增大的中空阶梯轴；所述第一轴段设置于所述主动支撑装置的内部，所述第一轴段的外 部设置有一对平直段；所述第二轴段的长度小于所述第一轴段长度；所述第三轴段的外径 与所述碟簧的内径相适配，用于承载所述碟簧；所述第四轴段的外径大于所述碟簧的内径， 用于对所述碟簧止挡限位。 在一些优选实例中，所述串联弹性驱动器还包括内六角螺栓； 所述主动支撑装置为中空阶梯轴结构； 所述内六角螺栓设置于所述中空阶梯轴结构的内部，且与所述第一轴段内部设置 的螺纹段螺纹连接，用于固定所述碟簧压紧装置。 在一些优选实例中，所述串联弹性驱动器还包括输入支撑支座和输出支撑支座， 所述输入支撑支座设置于所述力矩限制装置远离所述输出装置的一端，并与所述力矩限制 装置通过第一支撑滑动轴承连接；所述输出支撑支座设置于所述输出装置远离所述力矩限 制装置的一端，并与所述输出装置通过第三支撑滑动轴承连接。 在一些优选实例中，所述输出装置包括轴体和凸柄，所述凸柄设置于所述轴体周 向外侧，用于传递动力至设定目标；所述轴体的一端与所述压紧装置通过第二支撑滑动轴 承连接，所述轴体的另一端与所述输出支撑支座连接； 所述轴体为阶梯轴结构；所述轴体远离所述力矩限制装置的一端开设圆孔，用于 容纳与所述输出支撑支座的外侧设置的可编程角度传感器相配套的磁铁，用于检测所述输 出装置的角度变化量。 在一些优选实例中，所述输入装置包括动力装置，所述动力装置通过传动装置与 所述力矩限制装置传动连接； 所述传动装置包括驱动绳轮、钢丝绳和输入绳轮，所述驱动绳轮设置于所述动力 装置的输出轴；所述输入绳轮设置于所述主动支撑装置；所述驱动绳轮、所述输入绳轮上均 设置有两个用于容纳对应所述钢丝绳的凹槽，用于传递所述动力装置正转和反转的驱动力 矩。 在一些优选实例中，所述输入装置通过传动装置与所述力矩限制装置传动连接； 所述传动装置包括鲍登线缆装置，所述鲍登线缆装置的一端与所述主动支撑装置 连接，另一端与所述动力装置连接。 5 CN 111590555 A 说　明　书 3/8 页 本发明的有益效果为： 1)通过本发明提供的串联弹性驱动器中力矩限制装置，能够限制该串联弹性驱动 器在应用于机器人关节实际中受到撞击时所产生的撞击力矩峰值，提高串联弹性驱动器的 柔顺性以及与外界交互的安全性；同时通过设置的第一摩擦片、从动支撑装置、第二摩擦片 和压紧装置，可实现在应用中受到外部撞击后的摩擦力矩传递失效保护，在负载阻力矩小 于动力驱动力矩后自动恢复摩擦力矩工作状态，无需人工修复。 2)在本发明中采用圆环形橡胶弹簧作为力矩限制装置与输出装置之间的弹性元 件，充分利用橡胶弹簧力矩-体积比大、力矩-质量比大以及外形灵活多表的特点，可使负载 机器人的驱动部件小型化、轻量化；同时能够降低对负载的控制难度，以及降低负载机器人 运动过程中的震动现象。 3)通过本发明中的主动支撑装置、压紧装置的中空螺纹设置，可通过内六角螺栓 灵活设置力矩限制装置对应的限制力矩极限值，实现该串联弹性驱动器的应用多场合。 4)本发明提供的串联弹性驱动器结构简单、紧凑、安全性高，同时便于维修。 5)本发明可通过采用电机直连方式或者电机-钢丝绳连接方式可应用于仿生灵巧 手、蛇形机器人；或者，采用电机-鲍登线连接方式可应用于手部康复外骨骼机器人，利用鲍 登线传动结构可以把电机放置于手掌之外，减轻手部负载，进一步提高负载精确训练或者 应用。 附图说明 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它 特征、目的和优点将会变得更明显： 图1是本发明的串联弹性驱动器一种具体实施例的立体结构示意图； 图2是图1中的力矩限制装置和输出装置的剖视图； 图3是图1中的力矩限制装置和输出装置的爆炸图； 图4是本发明的串联弹性驱动器另一种具体实施例的立体结构示意图。 附图标记说明：1、直流伺服电机；2、电机支座；3、驱动绳轮；4、钢丝绳；5、输入支撑 支座；6、主动支撑装置；7、第一摩擦片；8、从动支撑装置；9、第二摩擦片；10、从动装置压板； 11、圆环形橡胶弹簧；12、输出轴；13、输出支撑支座；14、第一支撑滑动轴承；15、内六角螺 栓；16、第一移动滑动轴承；17、第二移动滑动轴承；18、碟簧；19、涨紧滑动轴承；20、碟簧压 紧装置；21、第二支撑滑动轴承；22、橡胶弹簧连接板；23、磁铁；24、可编程角度传感器；25、 传感器支撑架；26、第三支撑滑动轴承；100、鲍登线缆装置；200、外骨骼装置。