[發(fā)明專利]關(guān)節(jié)助力調(diào)節(jié)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910184810.6
• 申請日: 2009-10-13
• 公開（公告）號: CN101691036A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅翔;郭銳
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;A61F2/38
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及關(guān)節(jié)助力調(diào)節(jié)裝置，用于降低關(guān)節(jié)驅(qū)動的峰值力矩，屬于機構(gòu)設(shè)計、機器 人技術(shù)領(lǐng)域和和人體康復(fù)機構(gòu)，可應(yīng)用于步行機器人和智能假肢膝關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

目前，低功耗步行機構(gòu)設(shè)計是研究人類步行機理和開發(fā)合理步行機構(gòu)的基礎(chǔ)，其中步 行機器人膝關(guān)節(jié)的設(shè)計是關(guān)鍵。

現(xiàn)有技術(shù)中，機器人膝關(guān)節(jié)的驅(qū)動主要是直接利用電機等驅(qū)動設(shè)備進行主動驅(qū)動，即： 在機器人行走過程中，膝關(guān)節(jié)的角度完全由電機等驅(qū)動設(shè)備控制，而在膝關(guān)節(jié)的一個步行 周期內(nèi)，膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)力矩存在峰值和谷值，而選用驅(qū)動電機時，顯然是根據(jù)峰值來確定， 因此，這種驅(qū)動方法存在的問題是選擇驅(qū)動電機偏于保守，而電機的重量是步行機構(gòu)重量 的主要組成部分之一，間接地造成機構(gòu)運行耗能大，不適宜當前步行機構(gòu)的研究以及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供關(guān)節(jié)助力調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)驅(qū)動的力矩，使得 峰值降低，而谷值提高，從而可以選擇功率和最大扭矩更小的電機，減輕關(guān)節(jié)機構(gòu)自重， 節(jié)省能耗，或者使得假肢佩戴者驅(qū)動力矩減小，更加省力。

為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案：

一種關(guān)節(jié)助力調(diào)節(jié)裝置，涉及肢體一和肢體二，且肢體一和肢體二通過關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸鉸 接，包括用于降低關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩峰值的力矩調(diào)節(jié)裝置，該力矩調(diào)節(jié)裝置的兩端分別固定連 接在肢體一和肢體二上。

所述力矩調(diào)節(jié)裝置包括凸輪、彈性部件以及剛性部件，所述凸輪固定安裝在肢體一上， 剛性部件的兩端分別與肢體一和彈性部件固定連接，而彈性部件的另一端則與肢體二固定 連接，且剛性部件的部分表體繞在凸輪輪廓面上。

所述彈性部件和第二固定部件之間還連接有剛性連接件。

力矩調(diào)節(jié)裝置還包括有安裝定位架，該安裝定位架由相互鉸接的第一固定部件和第二 固定部件組成，所述凸輪通過第一固定部件安裝在肢體一上，而彈性部件則通過第二固定 部件安裝在肢體二上，剛性部件則通過第一固定部件安裝在肢體一上。

所述彈性部件和第二固定部件之間還連接有剛性連接件。

所述剛性部件呈繩狀或者片狀。

剛性部件為鋼絲繩。

所述彈性部件為拉簧。

所述第一固定部件和第二固定部件都為鈑金架。

根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)以下的有益效果：

1.本發(fā)明在組成關(guān)節(jié)的肢體一和肢體二上連接一力矩調(diào)節(jié)裝置，該力矩調(diào)節(jié)裝置可以 對關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩峰值降低，同時還提高關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩谷值，從而可以選擇功率和最大扭矩 較小的電機，減輕關(guān)節(jié)機構(gòu)自重，節(jié)省能耗，或者使得假肢佩戴者驅(qū)動力矩減小，更加省 力；

2.本發(fā)明所述的力矩調(diào)節(jié)裝置包括凸輪、彈性部件以及剛性部件，凸輪固定在肢體一 上，而彈性部件與剛性部件連接后，兩端分別與肢體一和肢體而固定連接，且剛性部件的 部分表體繞在凸輪的輪廓面上，當關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，即肢體二繞肢體一旋轉(zhuǎn)時，彈性部件與剛性 部件連成的直線將沿凸輪輪廓面滾動，使得彈性力的力臂發(fā)生變化，同時該彈力的力值也 會產(chǎn)生變化，即該力矩調(diào)節(jié)裝置對關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)提供一期望的輔助力矩，可以降低關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的 力矩峰值，由此可選擇功率和最大扭矩較小的電機，節(jié)約能耗；

3.力矩調(diào)節(jié)裝置還包括安裝定位架，其包括相互鉸接的第一固定部件和第二固定部 件，且凸輪通過第一固定部件固定安裝在肢體一上，而彈性部件則通過第二固定部件安裝 在肢體二上，剛性部件則通過第一固定部件安裝在肢體一上，因此，這種方式更方便該力 矩調(diào)節(jié)裝置在肢體上的安裝，易于推廣實行；

所述凸輪有效輪廓面曲線的設(shè)計方法，主要步驟是：首先設(shè)定彈性部件的彈力初值， 以求出一組凸輪包絡(luò)線，然后用過凸輪中心的一組射線來掃描凸輪包絡(luò)線，從而得到一系 列待驗證凸輪輪廓曲線點坐標值，接著求出這些待驗證凸輪輪廓曲線點坐標值所對應(yīng)的彈 性部件彈性形變量，即可求得各待驗證的凸輪輪廓曲線點坐標值所對應(yīng)的彈性部件彈力， 最后檢驗所求彈性部件彈力是否滿足迭代條件：若滿足則將本次迭代所求出的待驗證凸輪 輪廓曲線點坐標值作為實際的凸輪輪廓曲線點坐標值；若不滿足則用本次迭代所求得的一 組彈性部件彈力作為彈力初值，以求出一組新的凸輪包絡(luò)線，如此循環(huán)迭代下去，直到滿 足迭代條件為止。