[发明专利]线性串联弹性致动器

说明书

一种线性串联弹性致动器，包含线性驱动机构、动力输出部件与弹性部件，线性驱动机构包含步进马达、螺杆组件及线性运动部件，步进马达结合线性运动部件连接螺杆组件，使线性运动部件能被驱动而沿着一动力输入轴向直线往复运动，动力输出部件设于线性运动部件的轴向一侧且能沿着一动力输出轴向直线往复运动，动力输出轴向与动力输入轴向为同一轴向，弹性部件连接于线性运动部件与动力输出部件之间双向传递力量，及提供与动力输入轴向同轴向的弹力，由此，使其具备顺、逆向驱动及高扭矩密度比，且输入输出共轴，结构精简及能减少传递扭矩的损耗，且具备储能及冲击保护能力，而能应用于需与人或环境互动接触的机器人等领域。

技术领域

本发明涉及一种致动器，尤指一种适用于人形机器人、复健机构等技术领域的线性串联弹性致动器。

背景技术

现有工业机器人皆是以马达模块作为驱动器，但是因工业机器人的运动强调速度及刚性，故而使用机构较庞大的驱动器。但是，复健机器人、人形机器人或义肢机器人等，其运动速度及刚性的需求不如工业机器人高，而是着重于移动性与人机亲和性。因此，对于复健机器人、人形机器人或义肢机器人等使用的驱动器需有不同的思维，而应以轻量化的马达模块为主要设计考虑，因此需选用高扭矩密度比的马达。

然而，目前已知复健机器人使用的马达模块仍沿袭工业机器人的设计思维，皆以直流有刷马达或直流无刷马达为主，其扭矩密度比不佳，难以对复健机器人、人形机器人或义肢机器人提供合适的驱动器。其次，现有驱动器中的马达模块是利用皮带轮组或齿轮组将马达输入轴提供的力量传递至螺杆输出轴，造成输入与输出不共轴，因而会增加马达扭矩传递的损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线性串联弹性致动器，解决现有复健机器人等使用的直流有刷或无刷马达的扭矩密度比不佳，难以符合复健机器人轻量化需求，以及输入与输出不共轴导致马达扭矩传递的损耗等问题。

为了达成前述目的，本发明所提出的线性串联弹性致动器包含：

一线性驱动机构，其包含一步进马达、一螺杆组件以及一线性运动部件，该螺杆组件连接该步进马达，该线性运动部件设于该步进马达一侧且连接该螺杆组件，该线性运动部件能被该螺杆组件驱动而沿着一动力输入轴向直线往复运动；

一动力输出部件，其设置于该线性运动部件的轴向一侧，且能沿着一动力输出轴向直线往复运动，该动力输出轴向与该动力输入轴向为同轴向；以及

一弹性部件，其连接于该线性运动部件与该动力输出部件之间，并能提供与该动力输入轴向同轴向的弹力。

如上所述的线性串联弹性致动器中，其包含一位移感测器，该位移感测器设于该弹性部件的一侧，且能感测该弹性部件的变形量而换算输出力量。

通过前述线性串联弹性致动器的发明，其相比于现有线性致动器，本发明线性串联弹性致动器至少具备以下特点：

1、兼具顺、逆向驱动及高扭矩密度比的功能：本发明于其线性驱动机构中使用步进马达作为动力源，该步进马达具备顺向与逆向驱动功能，同时还具备高扭矩密度比，价格便宜以及可靠度高等功能，具有良好的优势。

2、具备精准力量控制功能：本发明利用连接于该线性运动部件与该动力输出部件之间的弹性部件的刚性较小，让步进马达能在弹性部件的变形量内轻易而精准地控制输出力量。