CN114031023B - 一种机械驱动器*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械驱动器***，包括基座，以及，支撑架，所述支撑架在第一铰接点与所述基座铰接；摇杆，所述摇杆在第二铰接点与所述基座铰接；驱动器，所述驱动器在第三铰接点与所述基座铰接；滑动件，所述滑动件可相对所述支撑架滑动；所述摇杆的远离第二铰接点的一端以及所述柔性驱动器远离第三铰接点的一端均与所述滑动件铰接。采用本申请的方案，相比于传统广泛使用的三铰点驱动机构，将固定铰接替换为第四铰接点，同时增加了一个摇杆用于确保整个机构满足1个自由度的设计要求，实现操作对象的起竖与下放动作的快速驱动。

Description

一种机械驱动器***
技术领域
本发明属于传动装置领域，具体涉及一种机械驱动器***。
背景技术
机械驱动器***可以实现操作对象从水平状态举升至倾斜状态或垂直状态的机械传动装置，在军品装备和民用设备中有着广泛而重要的应用。现有机械驱动器***大多采用三铰点机械驱动器***通过位置控制实现操作对象的起竖和回平，这种方法起竖行程长，驱动装置往往需要采用多级液压油缸或者多级电动缸实现，起竖时间无法得到有效降低，若加快驱动速度又难以满足稳定性能要求，特别是在多级缸换级或冲击载荷作用下时，***的稳定性有待进一步的提高和改善。
现有研究大都从机械驱动器***优化设计、起竖轨迹规划、控制策略优化等方面着手解决，虽然能取得一定的效果，但是并不能兼顾快速性和稳定性的双重要求，因而需要采用新的思路来解决起竖过程中的快速性和稳定性问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种机械驱动器***，其特征在于：包括基座，以及，
支撑架，所述支撑架在第一铰接点与所述基座铰接；
摇杆，所述摇杆在第二铰接点与所述基座铰接；
驱动器，所述驱动器在第三铰接点与所述基座铰接；
滑动件，所述滑动件可相对所述支撑架滑动；
所述摇杆的远离第二铰接点的一端以及所述柔性驱动器远离第三铰接点的一端均与所述滑动件铰接。
在一个实施方案中，所述支撑架上设置有第一导向件，所述滑动件上设置有与所述导轨滑动配合的第二导向件。
在一个实施方案中，所述摇杆的另一端以及所述柔性驱动器的另一端与所述滑动件同轴铰接。
在一个实施方案中，所述驱动器为柔顺驱动器，所述柔顺驱动器包括弹簧元件和阻尼元件。
在一个实施方案中，所述驱动器为柔顺驱动器，所述柔顺驱动器包括支撑座和柔顺机构，所述支撑座包括一套筒和设置在套筒一端的第一挡板，以及套在套筒另一端的第二挡板，第二挡板相对于第一挡板的距离可调；所述柔顺机构包括接口板，以及分设在接口板两侧的两端自由的第一弹簧组和两端自由的第二弹簧组，其中所述第一弹簧组包括套在一起的第一内弹簧和第一外弹簧，第二弹簧组包括套在一起的第二内弹簧和第二外弹簧，第一内弹簧和第一外弹簧的自由长度不同；第二内弹簧和第二外弹簧的自由长度不同，其中所述接口板在第二铰接点与所述基座铰接。
在一个实施方案中，所述柔顺驱动器还包括驱动机构和直线执行机构,所述直线执行机构包括滚珠丝杠和螺母，用于将所述驱动机构的旋转运动转化为直线运动并连接外部负载,所述螺母固设在所述机架上，所述滚珠丝杠的部分安装在所述套筒内部。
在一个实施方案中，所述第一内弹簧和第一外弹簧同心设置，所述第二内弹簧和第二外弹簧同心设置。
在一个实施方案中，所述驱动器还包括阻尼单元，所述阻尼单元设置在所述套筒内部，所述滚珠丝杠远离负载的一端与所述阻尼单元连接。
在一个实施方案中，所述接口板包括设置外周面的连接件，用于与外部装置连接。
在一个实施方案中，所述接口板包括设置在两面环状凸出结构，所述凸出结构的外径与所述外弹簧相适应。
采用本申请的方案，相比于传统广泛使用的三铰点机械驱动器***，将固定铰接替换为第四铰接点A，同时增加了一个摇杆用于确保整个机构满足1个自由度的设计要求，实现操作对象的起竖与下放动作的快速驱动。支撑架10用于承载支撑操作对象，可以根据对象的几何形式及重量边界进行适配设计。
附图说明
图1为本发明驱动器***的结构图。
图2为本发明驱动器***的动作示意图。
图3为本发明驱动器***机构运动学示意图。
图4为传统三铰点驱动器***机构运动学示意图。
图5为本发明驱动器***另一实施方案的结构图。
图6为本发明柔顺驱动原理图。
图7为本发明柔顺驱动器***的控制模块图。
图8为本发明柔顺驱动器***的控制原理图。
图9为本发明驱动器***阶跃激励下时域响应曲线图。
图10为本发明驱动器***正弦激励下时域响应曲线图。
图11为本发明驱动器***另一实施方案的结构图。
图12为本发明柔顺驱动机构的剖面图。
图13为本发明接口板结构图。
图14为本发明柔顺器变刚度原理图。
图15为本发明柔顺驱动器***和刚性驱动器***驱动力对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1，本发明的驱动器30***，包括基座00，以及，
支撑架10，所述支撑架10在第一铰接点O与所述基座00铰接；
摇杆20，所述摇杆20在第二铰接点C与所述基座00铰接；
驱动器30，所述驱动器30在第三铰接点B与所述基座00铰接；
滑动件40，所述滑动件40可相对所述支撑架10滑动；
所述摇杆20的远离第二铰接点C的一端以及所述柔性驱动器30远离第三铰接点B的一端均与所述滑动件40铰接。
在一个实施方案中，所述摇杆20的另一端以及所述柔性驱动器30的另一端与所述滑动件40在一个铰接点铰接。例如，在第四铰接点A铰接，更具体地，通过一根铰接轴04实现铰接。
其中，所述第一铰接点、第二铰接点、第三铰接点分别通过设置在基座00上的第一支架01、第二支架02、第三支架03支撑。
采用本申请的方案，相比于传统广泛使用的三铰点驱动器***，将固定铰接替换为第四铰接点A，同时增加了一个摇杆20用于确保整个机构满足1个自由度的设计要求，实现操作对象50的起竖与下放动作。支撑架10用于承载支撑操作对象50，可以根据对象的几何形式及重量边界进行适配设计。
如图2，示出了本发明基于驱动器30***在初始状态位置和终止状态位置。由于摇杆20长度恒定，容易确定第四铰接点A的运动轨迹是以第二铰接点B为圆心、摇杆20长度p为半径的一段圆弧曲线CL。第四铰接点A在支撑架10上运动行程为AA’的距离范围。而传统的三铰点式驱动器***，铰点副在支撑架10的位置(A’)不变，驱动缸随着支撑架10转动而伸长，两者相对比，本***能够减少驱动缸的行程，所减小的行程大小为BA’-BA。驱动缸行程减少，从而能够有效降低起竖时间；同时能够优化驱动缸的设计，通过合理的设计能够减小驱动缸级数，这能够降低驱动缸换级冲击的影响，在一定程度上增强***起竖过程中的稳定性。
在一个实施方案中，所述支撑架10上设置有第一导向件，所述滑动件40上设置有与所述导轨滑动配合的第二导向件。所述第一导向件例如是导轨，所述第二导向件例如是滑槽，当然也可以反过来。
采用这样的方案，摇杆20的顶端与所述驱动器30的顶端同轴设置，滑块的旋转中心和受理中心相同，整个驱动器***的工作更加稳定。
在一个实施方案中，所述第二铰接点C的横坐标值位于所述第一铰接点O的横坐标值和第三铰接点D的横坐标值之间，所述第二铰接点C的纵坐标值位于所述第一铰接点O的纵坐标值和第三铰接点D的纵坐标值之间。在一个实施方案中，所述支撑架10水平状态下，所述第四铰接点A的纵坐标值位于所述第一铰接点O的纵坐标值和第二铰接点C的纵坐标值之间。
实验发现，采用这样的方案，在驱动装置动作时，摇杆20和驱动器30承力能力更强，机构更加稳定，避免了相互干涉或者死位状态。
如图3为本发明所述的驱动器30快速起竖运动学模型，首先在O点处建立坐标系。由于摇杆20长度p(初始位置时等于AC)恒定，容易确定第四铰接点A的运动轨迹是以C点为圆心、摇杆20长度p为半径的一段圆弧曲线CL。其中，θ为起竖角度，θ1为驱动器30与水平轴的夹角，θ2为摇杆20与水平轴的夹角。
第一铰接点O坐标为(0,0)，第二铰接点C坐标为(x2,y2)，第三铰接点B坐标为(x1,y1)，第四铰接点A坐标为(xa,ya)，支撑架10拐角点D坐标为(xd,yd)，操作对象50重心G坐标为(xG,yG)。
第四铰接点A与第三铰接点B之间的实时距离为l。
坐标原点O距离支撑脚10的距离为h。
结合起竖角度的定义，首先根据几何关系求第四铰接点A坐标
Figure GDA0003565178130000051
得到如下方程
Figure GDA0003565178130000052
其中，β为该一元二次方程的一次项系数，γ为该一元二次方程的常数项系数，可根据下式进行计算
Figure GDA0003565178130000053
从而可根据该一元二次方程求取得到A点坐标。由于x2，y2，p，h均为定值，可知第四铰接点A坐标为关于起竖角度θ的一元函数，这也与驱动器***具有单自由度相符。
驱动装置长度可通过第四铰接点A坐标表示为
Figure GDA0003565178130000054
第四铰接点A距支撑架10的距离为
Figure GDA0003565178130000055
注意到l和d均为关于θ的一元函数。记驱动装置在水平状态和竖直状态的长度分别为lin和len，可以得到驱动装置的行程可表示为
L＝len-lin
同样地，记AD初始长度和最终长度分别为din和den，则第四铰接点A运动行程为
D＝den-din
以一具体实例为例说明所设计的驱动器***在减小驱动装置行程上的优势。
当h＝64mm，p＝421.5mm各点位置坐标分别为x1＝230mm，y1＝-130mm，x2＝100mm，y2＝-100mm，xG＝3201mm，yG＝17mm。
通过计算，可以得到，对于所设计的驱动器***，在初始水平状态下，驱动装置长度为297.4mm；在竖直状态下，驱动装置长度为479.3mm。
根据驱动缸设计规范，有如下经验公式成立
len＝(1+nK)lin
其中，n为驱动缸级数，K为驱动缸伸缩比，一般取0.7～0.8。
则驱动缸级数可由下式确定
Figure GDA0003565178130000061
则对于所设计的驱动器***，可计算得到行程Lm＝181.9mm，级数为nm＝1，即采用单级缸即可实现功能。
如图4，对于传统的三铰点驱动器***，其驱动缸下铰点位置的确定原则为：在保证驱动缸级数最小的前提下尽可能减少行程。同时，考虑起竖过程的稳定性，根据工程经验，在起竖至垂直状态下，驱动器与水平面倾斜角度不大于75°，起竖初始状态下，驱动器位置不低于摇杆20位置。则三铰点起竖方案的铰点位置设计范围为多边形MAB1B2N。此优化问题为一凸优化问题，因而其最优值如果存在必在凸集的某顶点处达到，从而将其求解转化为对顶点的求解。容易计算求得该问题凸集的顶点为B1(173.8，-89.8)、B2(184.6，-130)。对于铰点B1，其对应的驱动缸长度分别为lin1＝148.4mm，len1＝424.2mm，根据驱动缸级数公式可求得n1＝3，L1＝275.8mm；对于铰点B2，同理求得lin2＝150.6mm，len2＝465.8mm，n2＝3，L2＝315.2mm。
可见，若采用传统的三铰点驱动器***，需要使用三级缸才能满足起竖功能要求，并且行程为本发明快速起竖方案的1.5倍。
由此可知，本发明驱动器***能够有效减少驱动缸行程、降低级数，进而在工程实际中具有能够降低生产成本、利于机构空间布置、有效降低起竖时间等优势，体现出极大的实用参考价值。
如图5所示，在一个实施方案中，所述驱动器30为柔顺驱动器30。优选地，所述柔顺驱动器30包括弹簧元件和阻尼元件。例如，如图6所示一种柔顺驱动器30示意图。其中，柔顺驱动器30包括驱动缸、弹性元件和阻尼元件，在驱动缸上串联了弹性元件和阻尼元件组成的柔顺环节。
如图7所示，为驱动器30***柔顺驱动控制***结构图，其中，控制***根据预先设计的输入指令和传感装置反馈的信息进行控制；执行元件一般为伺服电机或液压缸；通过传动装置实现运动和力的传递；传感装置用于检测受力信息同时反馈到控制***中。
如图8所示，为基于柔顺驱动的驱动器***控制原理图。其中，控制策略采用以力控为内环、位控为外环的力位混合控制方案，实现快速驱动器***的柔顺驱动。对于起竖机构而言，最终实现的是质量载荷的起竖功能，因而以起竖角度作为***期望信号。
建立起竖角度θ和驱动力F之间关系，经F(θ)进行转换可求得理想驱动力Fdes，通过力控制律可以计算出实际输出力Fo。再经θ(F)进行转换可求得驱动器***的实际起竖角度θo，起竖角度通过位置控制律进行控制。起竖过程中的环境碰撞环节可转化为对柔顺驱动装置驱动力的影响，通过合理设计力控制律可有效减小外界干扰的影响，即可实现驱动器***的柔顺控制。
本发明的驱动器30***包括了阻尼元件和弹簧元件。在对控制对象加入一定干扰，对反馈环节添加测量噪声后，分别给刚性驱动器***和柔顺驱动器***以阶跃信号和正弦信号激励。仿真分析中，由于反馈***传感器产生的测量噪声一直存在，因而在反馈环节加入高斯白噪声模拟测量噪声；外部的扰动是随机的，因而在5s处添加一幅值恒定的干扰信号模拟柔顺驱动器30所受干扰。最终得到***的时域响应曲线分别如图9和图10所示。
在刚性驱动的情况下，由于刚度无穷大，***带宽变宽，响应极快，但带来的弊端是对于干扰和噪声都非常敏感。从阶跃响应和正弦激励的响应曲线中均可以发现，刚性驱动的情况下，***对于外部干扰的抑制作用不明显，对测量噪声完全没有过滤作用，始终保持震荡，不能趋于稳定。
相比于纯刚性驱动，在弹性驱动的情况下，***能够对于外部干扰和测量噪声达到更好的抑制效果，尤其是在噪声的衰减方面。但从响应曲线中可以看出，***虽然最终能够稳定下来，但外部较大干扰的存在使得***输出具有较大的稳态误差，测量噪声的存在使得***输出具有一定程度的震荡。虽然弹性驱动相较于以往的刚性驱动取得了很好的改进，但要想达到更好的效果，有必要在此基础上进行控制算法的进一步优化。
在一个实施方案中，如图11-14所示，采用了另一种柔顺驱动器，具体地，所述柔顺驱动器,包括机架100、和设置在所述机架100上的驱动机构200、直线执行机构300和柔顺机构400。
其中，所述机架100包括支撑座，所述支撑座包括一套筒111和设置在套筒111一端的第一挡板112，以及套在套筒111另一端的第二挡板113，第二挡板113相对于第一挡板112的距离可调。
其中，所述驱动机构200用于输出驱动力。
所述直线执行机构300用于将所述驱动机构200的旋转运动转化为直线运动并连接外部负载，用于给负载提供运动和支撑。所述直线执行机构300包括滚珠丝杠301和螺母302，所述螺母302固设在所述机架100上，所述滚珠丝杠301安装在所述套筒111内部。在一个方案中，所述滚珠丝杠301的一端设置有接头303，用于与外部负载连接，所述接头303例如通过螺纹与滚珠丝杠301连接。
所述柔顺机构400包括套设在所述套筒111外侧的接口板401，以及套在套筒111外侧且分设在接口板401两侧的两端自由的第一弹簧组和两端自由的第二弹簧组，其中所述第一弹簧组包括套在一起的第一内弹簧412和第一外弹簧411，第二弹簧组包括套在一起的第二内弹簧422和第二外弹簧421，第一内弹簧412和第一外弹簧411的自由长度不同；第二内弹簧422和第二外弹簧421的自由长度不同。
采用这样的方案，通过设置第一内弹簧412和第一外弹簧411的自由长度以及第二内弹簧422和第二外弹簧421的自由长度，并调整第二挡板113相对于第一挡板112的距离，改变弹簧预紧力和弹簧间隙的关系实现多种可变刚度，操作简单，易于实现。根据外部载荷特性，实现受拉、受压两种工况下的刚度调整。
在一个实施方案中，所述第一内弹簧412和第一外弹簧411同心设置，所述第二内弹簧422和第二外弹簧421同心设置。
在一个实施方案中，同心设置的两个弹簧的旋向为相反旋向。例如，第一内弹簧412为左旋弹簧，第一外弹簧411为右旋弹簧，反之亦然。第二弹簧组可以与第一弹簧组相同或相反设置。这种反向设置可以确保内外弹簧在同心的同时，不会产生歪斜。
在一个实施方案中，所述外弹簧411/421的自由长度大于内弹簧412/422的自由长度。
在一个实施方案中，所述弹簧自由长度值、刚度根据驱动器在工作过程中的刚度变化需要设置，例如，在工作中柔顺器承受的压力要大于拉力时，接口板401右侧弹簧的刚度要大于左侧弹簧的刚度(第二外弹簧421的刚度要大于第一外弹簧411的刚度和/或第二内弹簧422的刚度大于第一内弹簧412的刚度)。还比如，在柔顺器工作环境承受的拉力和压力在某一区间段刚度非对称时，第一弹簧组的自由长度差与第二弹簧组的自由长度差不同。
在一个实施方案中，所述第一内弹簧412和第二内弹簧422自由长度相同，所述第一外弹簧411和第二外弹簧421自由长度相同，且所述第一外弹簧411和第二外弹簧421刚度相同，述第一内弹簧412和第二内弹簧422刚度相同。采用这样对称设置的方案，在承受拉力和压力时的刚度特征曲线相同，适应于在驱动器承受拉力和压力相同的场合，并且可以实现精确控制。
在一个实施方案中，所述柔顺机构400还包括导向装置和预紧装置，所述导向装置包括导向杆431，所述导向杆431穿过所述接口板401和第二挡板113，其一端与所述第一挡板112连接，所述预紧装置用于将所述第二挡板113固定在预定位置，实现对于弹簧的预紧。所述预紧装置，例如是预紧螺母432，所述滚珠丝杠301的上设置有螺纹，通过调整预紧螺母432在所述螺纹上的位置，所述预紧螺母432推动所述第二挡板113沿着所述套筒111移动，进而控制所述第一外弹簧411和第二外弹簧421的预紧。所述预紧力的大小可直接根据预紧螺母432的螺距和拧紧圈数计算确定。
在一个实施方案中，所述导向装置还包括轴承座402，所述轴承座402设置在接口板401上，所述导向杆431穿过所述轴承座402设置。所述轴承座402优选为过盈配合设置在所述接口板401上。
在一个实施方案中，所述导向装置还包括固定装置433，例如是固定螺母，用于防止所述导向杆431与所述第二挡板113脱落。具体地，所述固定装置433套在所述导向杆431上，且安装在所述第二挡板113的远离预紧螺母432的一侧。所述第一挡板112实现了对导向杆431向图中左侧移动的限位，所述固定装置433实现了对导向杆431向图中右侧移动的限位。装配时，先将第一挡板112、第一弹簧组、接口板401、第二弹簧组、导向杆431、固定螺母433安装好(螺母预先向左拧松)，然后安装第二挡板113，再通过预紧螺母432预紧。待预紧完成后，向右端拧紧固定螺母433，则导向杆被螺母和第二挡板113挡住，实现导向杆的固定。采用这样的方案，导向杆在能够固定的同时，安装拆卸更加方便，且无需将导向杆与挡板一体设置，减少了加工成本。
在一个实施方案中，所述导向杆431为多根，优选呈正多边形分布，例如为四根导向杆431，呈正方形分布在凸出结构403的外周。
采用这样的方案，可以方便实现对于弹簧的预紧，并且能够为接口板401的移动提供精确的导向作用。
在一个实施方案中，所述驱动器还包括阻尼单元500，所述阻尼单元500设置在所述套筒111内部，所述滚珠丝杠301远离负载的一端与所述阻尼单元500连接。在一个实施方案中，所述滚珠丝杠301通过螺纹与所述阻尼单元500连接。优选地，所述阻尼单元500远离滚珠丝杠301的一端伸出所述套筒111设置，其上设置有螺纹，用于与所述预紧螺母432配合。
采用这样的方案，驱动器既能提供弹性力也能提供阻尼力，本方案添加了阻尼单元500，有利于能量的转化，使得所设计的驱动装置能够获得更好的环境适应性；通过将阻尼单元500添加至后支撑座的套筒111中，这样既能在不占用额外空间的情况下完成阻尼单元500的布置，同时还能为滚珠丝杠301副提供一端的支承，大大降低了整体装置的体积，使得结构紧凑，易于空间布置。
在一个实施方案中，所述接口板401包括设置在两面环状凸出结构403，所述凸出结构403的外径与所述外弹簧411/421相适应。在一个实施方案中，所述凸出结构403的内侧包括一凹槽，所述凹槽的侧面与所述内弹簧412/422的外径相适应。
采用这样的方案，在弹簧受压时，所述环状凸出结构403可以对所述内弹簧412/422和外弹簧411/412进行定位，增加弹簧的稳定性。
在一个实施方案中，所述接口板401还包括设置外周面的连接件404，用于与外部装置连接。在一个方案中，所述连接件404为短轴。
在一个实施方案中，所述驱动装置包括电机401和减速机构402，所述减速机构402优选为齿轮组。
在一个实施方案中，所述机架100还包括第二基座114，所述第二基座114与所述支撑座固定连接，或者为一体结构。具体地，所述第二基座114与所述第一挡板112固定连接或者为一体机构。
在一个实施方案中，所述驱动装置和所述与滚珠丝杠301配合的螺母302设置在所述第二基座114上。具体地，所述第二基座114为一两侧具有开口的箱体，所述电机401固定在所述箱体上。所述螺母302的外周套设有第一轴套121，所诉第一轴套121通过轴承122固定于所述第二基座114的内壁。所述减速机构402的齿轮轴与第二轴套123固定，所述第二轴套123通过螺栓与所述螺母302及所述第一轴套122固定。所述第一挡板112封闭所述箱体的一个开口，所述齿轮组遮挡所述箱体的另一个开口。
下面结合附图14，结合具体方案说明本申请柔顺驱动器的工作原理，两个自由长度不同的弹簧并联布置构成一弹簧组，通过两弹簧长度差值实现刚度的改变；设置两个弹簧组，并联布置，实现压拉转换时的弹性驱动，组合弹簧可根据预紧压力和弹簧长度差值的不同而设计成多种刚度组合。具体地，本方案中第一外弹簧411的自由长度大于第一内弹簧412的自由长度，第二外弹簧421的自由长度大于第二内弹簧422的自由长度,第一外弹簧411的刚度与第二外弹簧421的刚度相同，均为k1,第一内弹簧412的刚度与第二内弹簧422的刚度相同，均为k2。说明如下
(1)在初始状态下，即未施加预紧载荷，各弹簧保持原长状态；
(2)在预紧状态下，对弹簧进行预紧加载。通过第二挡板113的移动，带动第二外弹簧421的移动，进而推动接口板401的移动，使得第一外弹簧411和第二外弹簧421达到预紧状态，第一内弹簧412和第二内弹簧422仍然为自由状态，此时，第一外弹簧411和第一内弹簧412的长度差为Ld，第二外弹簧421和第二内弹簧422的长度差也为Ld(以下称为间隙Ld)。此时，内弹簧不起作用，组合弹簧的刚度为第一外弹簧411和第二外弹簧421的并联刚度，即2k1；
(3)随着驱动器受力的增大，此时可分为3种情况讨论：
第一种：当间隙Ld较小时，在外力作用下第一挡板112或第二挡板113朝向所述接口板401移动，但是第一外弹簧411和第二外弹簧421仍然均处于预紧状态中，此时，接口板401接触上第一内弹簧412和第二内弹簧422其中之一并进行了压缩，此时组合弹簧整体刚度为2k1+k2；
第二种：当间隙Ld较大时，在外力作用下第一挡板112或第二挡板113朝向所述接口板401移动，使得第一外弹簧411和第二外弹簧421其中一个压缩，而另一个则脱离预紧状态，而此时，接口板401未接触第一内弹簧412或第二内弹簧422，即两个内弹簧仍然不与接口板401接触保持自由状态，而一个外弹簧也脱离了预紧状态，只有一个外弹簧受理，此时组合弹簧整体刚度为k1；
第三种：当间隙Ld适中时，在外力作用下第一挡板112或第二挡板113朝向所述接口板401移动，但是第一外弹簧411和第二外弹簧421仍然均处于预紧状态中当外力平衡预紧力时，第一挡板112或第二挡板113相对于接口板401板刚好移动距离为间隙Ld，此时，内弹簧虽然接触上接口板401，但是并未有力的作用，组合弹簧整体刚度为2k1；
(4)对驱动器继续施加外力，则在外力作用下第一挡板112或第二挡板113朝向所述接口板401移动，接口板401与第一内弹簧412或第二内弹簧422接触，并被压缩，此时，只有第一外弹簧411和第一内弹簧412发挥作用，或者只有第二外弹簧421和第二内弹簧422发挥作用，此时，在可承受范围内组合弹簧整体刚度为k1+k2；
根据实际工程经验，在滚珠丝杠301副伸长时往往受到压力，收缩时往往受到拉力。当外部载荷为压力时，由于接口板401作为外部支承位置固定不变，则图中左侧组合弹簧(第一弹簧组)受压；同理，当外部载荷为拉力时，接口板401位置固定不变，此时右侧组合弹簧(第二弹簧组)受压。
由于本实施方案中，第一弹簧组和第二弹簧组为对称状态，所以驱动器受拉工况与受压工况对称。
其中，Ld1表示上述三种情况的第一种，Ld2表示上述三种情况的第二种，Ld3表示上述三种情况的第三种。横轴x表示第一挡板112或第二挡板113相对于接口板401的移动距离；F0为外力与预紧力的平衡点。
如图15所示，为基于柔顺驱动器和基于刚性驱动器在起竖过程中的驱动力对比图。实验过程如下：设定电机最大输出扭矩值后，当添加柔顺起竖***最大起竖重量时，此时发现刚性起竖机构并不能顺利起竖。施加人工辅助使***克服初始力，则刚性驱动机构能够正常起竖。待起竖至中间时刻，同样通过使用橡皮锤敲击模拟外部脉冲扰动，最终测得刚性驱动器输出端受力曲线。
从图中可以看出，当电机上电后，输出端力逐渐增大至最大输出能力A点，但此时仍不足以驱动载荷起竖。施加人为辅助后，输出端力降低至B点，载荷能够起竖至一定角度。撤除人工辅助，此时刚性驱动器能够正常驱动载荷起竖，驱动力立即上升至C点，***进行调整后至D点实现稳定输出。在E点处通过橡皮锤敲击施加支撑架10模拟环境碰撞，输出端力出现激增后能够趋于平稳，并保持正常起竖。
从上图还可以看出，两种驱动方式在起竖至D点后，驱动力大体趋于一致。但相比于刚性驱动器***，柔顺驱动器输出端受力曲线整体平滑，局部震荡的频率和幅值均较小。当施加敲击扰动后，柔顺驱动器***变化幅值明显小于刚性驱动器***，且震荡时间较长。这是由于添加弹性元件后，***带宽降低导致响应变慢，调节冲击时间延长；同时震荡幅值较小体现了柔顺起竖***能够有效缓和外部冲击的影响。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种机械驱动器***，其特征在于：包括基座，以及，
支撑架，所述支撑架在第一铰接点与所述基座铰接；
摇杆，所述摇杆在第二铰接点与所述基座铰接；
柔顺驱动器，所述柔顺驱动器在第三铰接点与所述基座铰接；
滑动件，所述滑动件可相对所述支撑架滑动；
所述摇杆的远离第二铰接点的一端以及所述柔顺驱动器远离第三铰接点的一端均与所述滑动件铰接；
其中，所述柔顺驱动器包括支撑座和柔顺机构，所述支撑座包括一套筒和设置在套筒一端的第一挡板，以及套在套筒另一端的第二挡板，第二挡板相对于第一挡板的距离可调；所述柔顺机构包括接口板，以及分设在接口板两侧的两端自由的第一弹簧组和两端自由的第二弹簧组，其中所述第一弹簧组包括套在一起的第一内弹簧和第一外弹簧，第二弹簧组包括套在一起的第二内弹簧和第二外弹簧，第一内弹簧和第一外弹簧的自由长度不同；第二内弹簧和第二外弹簧的自由长度不同，其中所述接口板在第二铰接点与所述基座铰接；
所述第一外弹簧的自由长度大于第一内弹簧的自由长度，第二外弹簧的自由长度大于第二内弹簧的自由长度,第一外弹簧的刚度与第二外弹簧的刚度相同，均为k1，第一内弹簧的刚度与第二内弹簧的刚度相同，均为k2；
在工作中柔顺驱动器承受的压力大于拉力时，第二外弹簧的刚度要大于第一外弹簧的刚度，以及第二内弹簧的刚度大于第一内弹簧的刚度，且，第一弹簧组的第一内弹簧和第一外弹簧的自由长度差与第二弹簧组的第二内弹簧和第二外弹簧的自由长度差不同。
2.根据权利要求1所述的机械驱动器***，其特征在于：所述支撑架上设置有第一导向件，所述滑动件上设置有与所述第一导向件滑动配合的第二导向件。
3.根据权利要求1所述的机械驱动器***，其特征在于：所述摇杆的另一端以及所述柔顺驱动器的另一端与所述滑动件同轴铰接。
4.根据权利要求1所述的机械驱动器***，其特征在于：所述柔顺驱动器还包括驱动机构和直线执行机构,所述直线执行机构包括滚珠丝杠和螺母，用于将所述驱动机构的旋转运动转化为直线运动并连接外部负载,其中，所述支撑座固定连接有第二基座，所述螺母固设在所述第二基座上，所述滚珠丝杠的部分安装在所述套筒内部。
5.根据权利要求1所述的机械驱动器***，其特征在于：所述第一内弹簧和第一外弹簧同心设置，所述第二内弹簧和第二外弹簧同心设置。
6.根据权利要求4所述的机械驱动器***，其特征在于：所述柔顺驱动器还包括阻尼单元，所述阻尼单元设置在所述套筒内部，所述滚珠丝杠远离负载的一端与所述阻尼单元连接。
7.根据权利要求1所述的机械驱动器***，其特征在于：所述接口板包括设置外周面的连接件，用于与外部装置连接。
8.根据权利要求1所述的机械驱动器***，其特征在于：所述接口板包括设置在两面环状凸出结构，所述凸出结构的外径与所述第一外弹簧和第二外弹簧相适应。
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