一种可变刚度驱动执行器及机器人

摘要

本发明公开了一种可变刚度驱动执行器及机器人，包括支撑组件、刚度调节组件、动力驱动组件和传感系统；所述支撑组件为刚度调节组件、动力驱动组件和传感系统提供支撑；所述传感系统获取动力驱动组件输出端的转角，用于反馈控制校正；所述刚度调节组件对动力驱动组件的输出端的输出刚度进行调节。采用行星布局的同步带传动机构结合蜗轮蜗杆减速机构，不仅避免了传统减速器的重量和尺寸缺点，也在极为紧凑的空间内实现了独立地对弹性元件的同步调节。

权利要求

1.一种可变刚度驱动执行器，其特征在于，包括支撑组件、刚度调节组件、动力驱动组件和传感系统；

所述支撑组件为刚度调节组件、动力驱动组件和传感系统提供支撑；

所述传感系统获取动力驱动组件输出端的转角，用于反馈控制校正；

所述动力驱动组件通过动力输出元件转动从而驱动负载；

所述刚度调节组件对动力驱动组件的输出端的输出刚度进行调节，刚度调节组件包括第一电机、第一蜗轮蜗杆机构、承重轴、同步带传动模块、弹性元件和主驱动轴架，所述承重轴的一端通过第一轴承直接安装在支撑组件上，另一端通过第二轴承安装在主驱动轴架的一端，主驱动轴架的另一端通过第五轴承安装在动力输出元件上，所述动力输出元件通过第四轴承安装在支撑组件上，所述承重轴、主驱动轴架和动力输出元件三者同轴设置；所述主驱动轴架的外围设有同步带轮轴，所述弹性元件安装在同步带轮轴上，所述第一电机通过第一蜗轮蜗杆机构驱动同步带传动模块输入端转动，同步带轮模块的输出端驱动弹性元件绕同步带轮轴旋转，改变弹性元件与动力输出元件的接触点，实现刚度的调节。

2.如权利要求1所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述动力驱动组件包括第二电机、第二蜗轮蜗杆机构、减速机构和动力输出元件，所述第二电机安装在支撑组件上，动力输出元件的末端连接有负载，所述第二电机通过第二蜗轮蜗杆机构驱动减速机构输入端转动，减速机构的输出端带动主驱动轴架转动，所述主驱动轴架通过所述弹性元件将动力传递到动力输出元件上，从而驱动负载的转动。

3.如权利要求1或2所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述主驱动轴架设有第一筒段、带轮梁和支撑轴，所述第一筒段外围设置有带轮梁，所述带轮梁包括间隔设置的同步带轮梁和惰轮臂，同步带轮梁上设置有同步带轮轴，其中一个同步带轮轴上安装有同步带传动模块的输出端，所述主驱动轴架通过支撑轴配合第三轴承安装在动力输出元件上，所述第一筒段的一端设置有轴向的沉孔，所述第一筒段通过该沉孔配合第二轴承实现与承重轴的连接。

4.如权利要求3所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述同步带传动模块包括第一同步带轮、第二同步带轮和第一同步带，所述第一同步带轮作为同步传动模块的输入端，安装在承重轴上与承重轴同轴转动，并通过第一同步带带动所述第二同步带轮转动，所述第二同步带轮安装在同步带轮轴上，并带动弹性元件同角速度旋转。

5.如权利要求4所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述的第二同步带轮和弹性元件均有若干个，若干个第二同步带轮与若干个弹性元件一一对应连接，并行星分布安装在所述同步带轮轴上，其中一个第二同步带轮为双层同步带轮，所述双层同步带轮的外层通过第一同步带与第一同步带轮配合传动，内层通过第二同步带驱动其他所有第二同步带轮转动；所述惰轮臂上还安装有惰轮，用于张紧所述第一同步带。

6.如权利要求5所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述弹性元件与动力输出元件配合传动，所述动力输出元件包括支撑盘和安装在支撑盘外的筒段，所述支撑盘两侧分别设有负载连接轴段和内部支撑轴段，所述负载连接轴段通过第四轴承安装在支撑组件上，伸出第四轴承外的部分驱动负载，所述内部支撑轴段通过所述第三轴承与主驱动轴架连接，内部支撑轴段与主驱动轴架同轴连接；筒段位于支撑组件内，所述主驱动轴架部分位于筒段内，以减少动力输出元件径向的占用空间，筒段内设置有弹性元件压板，用于和所述的弹性元件配合传动，传递主驱动轴架的转矩。

7.如权利要求3所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述的弹性元件由若干个“S”型弹性板构成，中间为刚性板，安装在所述主驱动轴架的同步带轮轴上，并在同步带传动模块驱动下旋转。

8.如权利要求3所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述的传感系统主要由第一编码器、第二编码器、第三编码器、第四编码器组成；所述的第一编码器用于测量第二电机和第一电机转角并进行控制；所述的第二编码器用于测量计算所述的弹性元件的旋转角和所述的主驱动轴架的转角；所述的第三编码器用于测得主驱动轴架和动力输出元件的相对转角差，最终计算出所述的弹性元件的变形量；所述的第四编码器用于测得所述的动力输出元件的转角，用于反馈控制校正。

9.如权利要求1所述的可变刚度驱动执行器，其特征在于，所述的支撑组件设有承重架和电机安装座；所述的承重架一端为带有螺栓安装凸耳的半圆环，另一端为曲面板，整体呈近似“L”形，两个承重架对称设置，半圆环所在端通过螺栓抱夹住第四轴承外圈，另一端的曲面连接板与所述电机安装座的承重圆筒外环同轴配合并连接；所述的承重圆筒的末端设置有盖板，所述动力驱动组件的输出端穿过所述第四轴承内圈后驱动负载。

10.一种机器人，包括权利要求1-9任一所述的可变刚度驱动执行器。

说明书

一种可变刚度驱动执行器及机器人

技术领域

[0001] 本发明属于机器人执行器领域，具体涉及一种可变刚度驱动执行器及机器人。

背景技术

[0002] 随着机器人技术的不断发展，传统的机器人已无法满足各行各业对自动化装备所提出的新要求。机器人也从传统的汽车制造、生产搬运等应用场景，越来越多地拓展至生活服务、医疗康复、军事协作等领域。这些新的机器人应用领域属于高度的人机交互场合，对机器人的安全性和柔顺性要求极高。机器人可以从两大方向满足安全性和柔顺性的两大要求，其一，利用传统的高刚性机器人及多点传感器结合阻抗控制等复杂的控制算法，机器人可实现一定程度的柔顺运动，属于算法(软件)层面的解决方案；但是，该方向不仅对硬件(机器人本体+传感系统)的精度要求较高，其关键的柔顺控制算法性能(自适应性+高可靠性+高速实时性)更是极为难以实现；综合难度和成本极高，极大地限制了其发展与应用。其二，在硬件层面开发新型可变刚度驱动的机器人执行器，通过独立调节机器人的刚度，使得机器人能够在人机交互过程中实时调节交互作用力，即交互力较大时，机器人适当减小自身输出刚度，反之则适当增加输出刚度，从而实现安全的柔顺交互运动；机器人变刚度驱动主要从硬件层面实现，具有优良的动态特性，自适应性能较好，控制难度较低，成本低廉；此外，变刚度机构中的弹性元件还具有能量储存与释放的机械优点，可显著降低系统能耗；因此，变刚度驱动的机器人得到了国内外研究人员的追捧。

[0003] 现有的变刚度驱动器依据原理主要分为四大类：(1)变弹性元件平衡位置(结构)，(2)变传动杠杆比率，(3)变弹性元件预紧力，(4)拮抗作用变刚度。尽管变刚度驱动执行器应用在机器人上面具有诸多优点；

[0004] 但是，申请人发现：现有的变刚度驱动器均存在不同的缺点，如基于变弹性元件平衡位置的非线性弹性元件属于被动变刚度的范畴，机构设计完成后则刚度特性完全取决于非线性弹性元件本身，机构的适应性十分有限；变弹性元件预紧力的执行器大多受制于预紧机构的调节余量，虽然结构上相对较为紧凑，但运动柔顺性较差，预紧力的精确获取较为困难；拮抗作用变刚度执行器是模仿人体肌肉特性的一类仿生装置，但机构极为臃肿，拮抗作用力的控制比较困难，耦合干扰难以消除，系统稳定性较差，精确控制最为困难；变传动杠杆比率原理的变刚度驱动器大多基于悬臂梁理论，通过改变作用在弹性元件(多为叶片弹簧)上的力作用点或杠杆支撑点或弹性元件固定支点实现输出刚度调节，控制简单，实现方式相对容易；但是，现有变传动杠杆比率原理的变刚度驱动器均存在：变刚度单元存在寄生运动、体积、重量较大、结构复杂、外观不具美感、摩擦较大、调节刚度有限、关节旋转角度较小等问题，限制了其在机器人上的应用。

发明内容

[0005] 本发明为了解决上述技术问题，本发明第一目的是提供一种可变刚度驱动执行器，特别适用于机器人在人机交互时适时调节交互作用力，能够满足人机交互场合的安全性和柔顺性需求；本发明的第二目的是提供一种利用上述可变刚度执行器的机器人。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0007] 一种可变刚度驱动执行器，包括支撑组件、刚度调节组件、动力驱动组件和传感系统；

[0008] 所述支撑组件为刚度调节组件、动力驱动组件和传感系统提供支撑；

[0009] 所述传感系统获取动力驱动组件输出端的转角，用于反馈控制校正；

[0010] 所述动力驱动组件通过动力输出元件转动从而驱动负载；

[0011] 所述刚度调节组件对动力驱动组件的输出端的输出刚度进行调节，刚度调节组件包括第一电机、第一蜗轮蜗杆机构、承重轴、同步带传动模块、弹性元件和主驱动轴架，所述承重轴的一端通过第一轴承直接安装在支撑组件上，另一端通过第二轴承安装在主驱动轴架的一端，主驱动轴架的另一端通过第五轴承安装在动力输出元件上，所述动力输出元件通过第四轴承安装在支撑组件上，所述承重轴、主驱动轴架和动力输出元件三者同轴设置；所述主驱动轴架的外围设有同步带轮轴，所述弹性元件安装在同步带轮轴，所述第一电机通过第一蜗轮蜗杆机构驱动同步带传动模块输入端转动，同步带轮模块的输出端驱动弹性元件绕同步带轮轴旋转，改变弹性元件与动力输出元件的接触点，实现刚度的调节。

[0012] 更进一步地，所述动力驱动组件包括第二电机、第二蜗轮蜗杆机构、减速机构和动力输出元件，所述第二电机安装在支撑组件上，动力输出元件的末端连接有负载，所述第二电机通过第二蜗轮蜗杆机构驱动减速机构输入端转动，减速机构的输出端带动主驱动轴架转动，所述主驱动轴架通过所述弹性元件将动力传递到动力输出元件上，从而驱动负载的转动。

[0013] 更进一步地，所述主驱动轴架设有第一筒段、带轮梁和支撑轴，所述第一筒段外围设置有带轮梁，所述带轮梁包括间隔设置的同步带轮梁和惰轮臂，同步带轮梁上设置有同步带轮轴，其中一个同步带轮轴上安装有同步带传动模块的输出端，所述主驱动支架通过支撑轴配合第三轴承安装在动力输出元件上，所述第一筒段的一端设置有轴向的沉孔，所述第一筒段通过该沉孔配合第二轴承实现与承重轴的连接。

[0014] 更进一步地，所述同步传动模块包括第一同步带轮、第二同步带轮和第一同步带，所述第一同步带轮作为同步传动模块的输入端，安装在承重轴上与承重轴同轴转动，并通过第一同步带带动所述第二同步带轮转动，所述第二同步带轮安装在同步带轮轴上，并带动弹性元件同角速度旋转。

[0015] 更进一步地，所述的第二同步带轮和弹性元件均有若干个，若干个第二同步带轮与若干个弹性元件一一对应连接，并行星分布安装在所述同步带轮轴上，其中一个第二同步带轮为双层同步带轮，所述双层同步带轮的外层通过第一同步带与第一同步带轮配合传动，内层通过第二同步带驱动其他所有第二同步带轮转动；所述惰轮臂上还安装有惰轮，用于张紧所述第一同步带。

[0016] 更进一步地，所述弹性元件与动力输出元件配合传动，所述动力输出元件包括支撑盘和安装在支撑盘外的筒段，所述支撑盘两侧分别设有负载连接轴段和内部支撑轴段，所述负载连接轴段通过第四轴承安装在支撑组件上，伸出第四轴承外的部分驱动负载，所述内部支撑轴段通过所述第三轴承与主驱动支架连接，内部支撑轴段与主驱动支架同轴连接；筒段位于支撑组件内，所述驱动轴架部分位于筒段内，以减少动力输出元件径向的占用空间，筒段内设置有弹性元件压板，用于和所述的弹性元件配合传动，传递主驱动轴架的转矩。

[0017] 更进一步地，所述的弹性元件由若干个“S”型弹性板构成，中间为刚性板，安装在所述主驱动轴架的同步带轮轴上，并在同步带传动模块驱动下旋转。

[0018] 更进一步地，所述的传感系统主要由第一编码器、第二编码器、第三编码器、第四编码器组成；所述的第一编码器用于测量第二电机和第一电机转角并进行控制；所述的第二编码器用于测量计算所述的弹性元件的旋转角和所述的主驱动轴架的转角；所述的第三编码器用于测得主驱动轴架和动力输出元件的相对转角差，最终计算出所述的弹性元件的变形量；所述的第四编码器用于测得所述的动力输出元件的转角，用于反馈控制校正。

[0019] 更进一步地，所述的支撑组件设有承重架和电机安装座；所述的承重架一端为带有螺栓安装凸耳的半圆环，另一端为曲面板，整体呈近似“L”形，两个承重架对称设置，半圆环所在端通过螺栓抱夹住第四轴承外圈，另一端的曲面连接板与所述电机安装座的承重圆筒外环同轴配合并连接；所述的承重圆筒的末端设置有盖板，所述动力驱动组件的输出端穿过所述第四轴承内圈后驱动负载。

[0020] 本发明还提供一种机器人，包括上述任一所述的可变刚度驱动执行器。

[0021] 本发明和现有技术相比，拥有以下有益技术效果：

[0022] 1.本发明的“S”型弹性元件在刚度调节电机驱动旋转过程中，利用改变悬臂梁支点的原理，与弹性元件压板在不同点接触，在“S”型弹性板的末端时系统刚度最低，当“S”型弹性板中间板与弹性元件压板接触式，两者属于刚性接触，此时系统刚度最高，从而实现了调节范围较大的主动独立变刚度特点；

[0023] 2.采用行星布局的同步带传动机构结合蜗轮蜗杆减速机构，不仅避免了传统减速器的重量和尺寸缺点，也在极为紧凑的空间内实现了独立地对弹性元件的同步调节；

[0024] 3.主驱动与刚度调节机构公用一根传动轴的设计，将整个执行器的尺寸大大简化，不仅能够使主驱动与变刚度机构相互独立运行，更使得执行器的输出轴能够在极为紧凑的空间内实现整周运动，超过同类变刚度执行器关节的旋转角，增强了该执行器在机器人应用中的适应性；

[0025] 4.本发明动力输出元件前端的轴承与调刚承重轴后端的轴承作为整个结构的承载元件，执行器安装孔设计在近第四轴承侧，使整个系统的受力大多集中在综合承载能力较强的交叉滚子轴承处，大大降低结构复杂性和执行器的重量；

[0026] 5.本发明结构紧凑，尤其在轴向尺寸上的紧凑性超过同类变刚度执行器，整体重量轻，体积小，功率密度较大，拆卸维护方便。

附图说明

[0027] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

[0028] 图1(a)是本发明的整体轴测图。

[0029] 图1(b)是本发明的中间剖视图。

[0030] 图2(a)是本发明的隐去电机安装座后的结构示意图。

[0031] 图2(b)是本发明的隐去电机安装座后的后视图。

[0032] 图3(a)是本发明的电机安装座的正视图。

[0033] 图3(b)是本发明的电机安装座的左视图。

[0034] 图3(c)是本发明的电机安装座的俯视图。

[0035] 图3(d)是本发明的电机安装座的轴测图。

[0036] 图4是本发明的“S”型弹性元件结构示意图。

[0037] 图5(a)是本发明的主驱动轴架的正视图。

[0038] 图5(b)是本发明的主驱动轴架的上轴测图。

[0039] 图5(c)是本发明的主驱动轴架的俯视图。

[0040] 图5(d)是本发明的主驱动轴架的下轴测图。

[0041] 图6是本发明的承重架结构示意图。

[0042] 图7(a)是本发明的动力输出元件的正视图。

[0043] 图7(b)是本发明的图7(a)中沿A-A的剖视图。

[0044] 图7(c)是本发明的动力输出元件的俯视图。

[0045] 图7(d)是本发明的动力输出元件的轴测图。

[0046] 其中：Z1承重架，Z1.1半圆环，Z1.2曲面板，Z2电机安装座，Z2.1承重圆筒，Z2.2承重板，Z2.3盖板，Z2.4遮挡筒段，Z3第四轴承，Z4.1第一轴承，Z4.2第三轴承，Z4.3第二轴承，Z5第五轴承，Z6轴承支架，G1第一电机，G2第一蜗杆，G3第一蜗轮，G4承重轴，G5第一同步带轮，G6第二同步带轮，G7第一同步带，G8第二同步带，G9弹性元件，G10主驱动轴架，G10.1第一筒段，G10.2带轮梁，G10.3支撑轴，G11惰轮，C1第一编码器，C2.1第四读数头，C2.2第四磁环，C3.1第三读数头，C3.2第三磁环，C4.1第二读数头，C4.2第二励磁体，D1第二电机，D2第二蜗杆，D3第二蜗轮，D4第一减速齿轮，D5第二减速齿轮,D6减速齿轮轴，D7动力输出元件，D7.1弹性元件压板，D7.2筒段，D7.3内部支撑轴段，D7.4负载连接轴段，D7.5支撑盘，FZ负载。

具体实施方式

[0047] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0048] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括””时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0049] 为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0050] 术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

[0051] 正如背景技术中所介绍的，现有变传动杠杆比率原理的变刚度驱动器均存在：变刚度单元存在寄生运动、体积、重量较大、结构复杂、外观不具美感、摩擦较大、调节刚度有限、关节旋转角度较小等问题，限制了其在机器人上的应用，为了解决上述技术问题，本申请提出了一种可变刚度末端执行器及机器人。

[0052] 实施例1：作为本发明的一种典型实施例：如图1(a)和图1(b)所示，给出了本发明的整体轴测视图和中间剖视图。

[0053] 在图1(a)中，2个第一编码器C1分别安装在第二电机D1和第一电机G1的尾部，实时测量第一电机和第二电机的转角，所述的2个电机则固定在电机安装座Z2上，电机安装座Z2可以看作与地面连接为固定件，所述承重架Z1为抱夹式承重架，2个承重架Z1的一端与电机安装座Z2外围同轴配合，并通过其上的一对小孔连接，2个承重架Z1的另一端则抱夹住第四轴承Z3，该轴承为交叉滚子轴承，其内环侧安装动力输出元件D7，在动力输出元件D7末端安装有负载FZ，构成一个整体的承载关系。

[0054] 在图1(b)中，第一电机G1通过第一蜗轮蜗杆机构驱动同步带传动模块的输入端，所述的第一蜗轮蜗杆机构包括第一蜗杆G2和第一蜗轮G3，第一电机G1前端安装第一蜗杆G2，驱动第一蜗轮G3旋转，第一蜗轮G3通过紧定螺钉安装在承重轴G4上,两者一起同轴转动，所述同步带传动模块包括第一同步带轮、第二同步带轮和第一同步带，所述第一同步带轮为K型小同步带轮，第一同步带轮G5以同样方案安装在承重轴G4上，所述的第二同步带轮有多个，通过第一同步带G7驱动其中1个第二同步带轮G6旋转，其余多个第二同步带轮G6按照行星布局方式均布安装在主驱动轴架G10的同步带轮轴上，仅其中一组是双层配置，所述双层同步带轮的外层通过第一同步带与第一同步带轮配合传动，内层通过第二同步带驱动其他所有第二同步带轮的自转；所述惰轮臂上还安装有惰轮，用于张紧所述第一同步带。

[0055] 若干个第二同步带轮G6与若干个弹性元件G9一一对应连接，行星分布安装在主驱动轴架G10上，“S”型弹性元件G9的轴端则与第二同步带轮G6连接，并同步自转。

[0056] 进一步的，承重轴G4的一端安装有第一轴承Z4.1，另一端则安装有第二轴承Z4.3，而第二轴承Z4.3外环则安装在主驱动轴架G10的内部，主支撑轴架G10的另一端则通过第五轴承Z5支撑在动力输出元件D7内侧，所述的第一轴承和第二轴承均为角接触球轴承，所述第五轴承为承重侧角接触球轴承，利用角接触球轴承良好的承载能力，承重轴G4和主驱动轴架G10上可能存在的轴向力和径向力均得以承载，且两者可以独立同轴旋转，实现第二同步带轮G6带着“S”型弹性元件G9的自转以及绕中心轴线的公转。

[0057] 进一步的，第一同步带轮G5的凸台段外安装有第三轴承Z4.2，用于承载第二电机传递的动力，所述第三轴承Z4.2选用深沟球轴承。

[0058] 进一步的，第三编码器的第三读数头C3.1安装在主驱动轴架G10的一端，两者同轴配合，同步旋转，第三磁环则安装在动力输出元件D7内侧，与第三读数头C3.1属于同轴配合，“S”型弹性元件G9受压变形时，主驱动轴架G10与动力输出元件D7之间会有转角差值，此处的第三编码器可以测得该转角差值，进而可以用于实时计算当前执行器的输出刚度值及输出扭矩。

[0059] 进一步的，第二编码器的第二读数头C4.1安装在电机安装座Z2的盖板Z2.3的中心，第二励磁体C4.2则安装在调刚承重轴G4内部，两者相互感应测得调刚承重轴的转角，该转角信息主要用于补偿第一蜗轮蜗杆机构的传动误差。

[0060] 上述第二同步带轮G6和“S”型弹性元件G9的个数可以根据执行器输出扭矩大小灵活配置，当用于重载场合时，可以采用多个行星布局的第二同步带轮G6同步旋转。

[0061] 如图2(a)和图2(b)所示，给出了本发明隐藏了电机安装座Z2后的正向示意图和斜向示意图，该图更全面地展示了各个部位的元件安装情况及相互关系。

[0062] 还包括惰轮G11、轴承支座Z6、第二蜗杆D2、第二蜗轮D3、第一减速齿轮D4、第二减速齿轮D5、减速齿轮轴D6、弹性元件压板D7.1。其中减速齿轮轴D6上安装有第二蜗轮D3和第二减速齿轮D4，两端支撑在一对小角接触球轴承上，从而承受轴向和径向的载荷。

[0063] 减速齿轮轴两端的小角接触球轴承安装在轴承支架Z6上，图中的几个轴承支架Z6则固定于电机安装座Z2内的支撑板Z2.2上。

[0064] 第二电机D1前端安装有第二蜗杆D2，驱动第二蜗轮D3旋转，进而带动减速齿轮轴D6和第二减速齿轮D4同轴同步旋转，然后驱动第一减速齿轮D5旋转。

[0065] 第一减速齿轮D5安装在第三轴承Z4.2(参考图1)上，并与主驱动轴架G10固定连接，用于驱动主驱动轴架G10旋转。

[0066] 参见图1(a)-图2(b)，具体工作过程为：第二电机D1驱动主驱动蜗杆D2，进而驱动第二蜗轮D3旋转，进而将扭矩通过第二减速齿轮D4和第一减速齿轮D5传递给主驱动轴架G10，主驱动轴架G10则通过行星分布其上的“S”型弹性元件G9，作用在弹性元件压板D7.1上,最终将扭矩传递到动力输出元件D7上，驱动负载FZ运动；

[0067] 当与机器人进行人机交互时，通过传感器测得交互力大小，实时反馈给控制系统，控制系统利用算法计算出系统所需刚度大小，然后发出指令，控制第一电机G1驱动第一蜗杆G2和第一蜗轮G3旋转，进而驱动第一同步带轮G5，经过第一同步带G7驱动双层第二同步带轮G6，最终通过第二同步带G8配合惰轮G11驱动所有第二同步带轮G6和“S”型弹性元件G9的独立旋转，而“S”型弹性元件G9与弹性元件压板D7.1接触点在不断变化，从而等价于改变悬臂梁力的作用点，实现执行器刚度的调节；

[0068] 当调定刚度值后，进行定刚度驱动时，第一蜗轮蜗杆机构的自锁性保证同步带轮G9和“S”型弹性元件不再自转，而是随着主驱动轴架G10公转。刚度调节过程和主驱动扭矩输出过程相互独立，主要体现在同步带轮G6的行星布局与传动上，这得益于主驱动力和调刚驱动力的传递公用调刚承重轴G4的设计。

[0069] 实施例2：对本发明的支撑组件进行改进：

[0070] 如图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)所示本发明的电机安装座结构示意图。分为4部分，其中承重圆筒Z2.1部分主要是承担整个执行器的自身远端载荷，壁厚较厚，在其上设计有连接孔，与承重架Z1连接；在其内部设计有承重板Z2.2，用于安装两个电机和轴承支架Z6，为了保证装配精度，优选一体化设计；而端部的盖板Z2.3则与承重圆筒Z2.1为分体式的，主要为了执行器内部零件的装配检查方便；为了保护驱动执行器内部的元件，还设置有遮挡筒段Z2.4，遮挡筒段内部无承重板，所以壁厚较小；其他部分与实施例1相同。

[0071] 图6是本发明的承重架结构示意图。其中，半圆环Z1.1与上述的第四轴承Z3同轴配合，曲面板Z1.2与电机安装座Z2同轴配合，并通过其上的小孔连接在一起，将执行器自身载荷转移到一对抱夹式承重架上；在曲面板Z1.2留有大的固定孔，用于固定该执行器。

[0072] 实施例3：对本发明“S”型弹性元件、主驱动轴架和动力输出元件的联动工作过程进一步介绍：

[0073] 图4是本发明的“S”型弹性元件G9结构示意图。中间板是刚性板，并有突出的连接轴，自身围绕中间轴旋转过程中，与弹性元件压板D7.1接触，当该接触点在该元件的曲面上逐渐远离中间刚性板时，系统刚度降低；当接触点在该元件的曲面上朝中间刚性板移动时，系统刚度增加；当接触点位于中间板上时，系统变为刚性传动；以此，本发明可以实现系统刚度从较小值到刚性的大范围调节。

[0074] 如图5(a)、图5(b)、图5(c)和图5(d)所示,本发明的主驱动轴架结构示意图。该零件分为3部分：第一筒段G10.1用于承受大部分的主驱动扭矩，所述第一筒段外围间隔设置有同步带轮轴和惰轮臂，其中一个同步带轮轴上安装有同步带传动模块的输出端，惰轮臂上安装有惰轮，大筒段G10.1内部安装在第二轴承Z4.3，另一端的支撑轴G10.3用于该零件的支撑，其上安装在第五轴承Z5上；至此，主驱动轴架实现了轴向和径向定位。

[0075] 图7是本发明的动力输出元件结构示意图。该零件采用一体化、轻量化、高强度材料制造，其中弹性元件压板D7.1成对布局在筒段D7.2内侧，每对弹性元件压板D7.1与一个“S”型弹性元件G9(参考图2)配合，当主驱动轴架G10带着“S”型弹性元件G9(参考图2)旋转时，“S”型弹性元件G9(参考图2)一半受压，另一半“放松”，进一步推动动力输出元件D7旋转；内部支撑轴段D7.3用于安装第五轴承Z5(参考图1(b)剖视图)，承载执行器内部元件；负载连接轴段D7.4主要用于安装第四轴承Z3承受整个执行器主要的载荷并连接负载FZ；支撑盘D7.5起到输出扭矩，并缩小输出轴直径，使结构紧凑化，以及安装第三编码器和第四编码器的作用，也可以设计为轮辐式进一步降低重量。

[0076] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。