[發明專利]一種仿肌肉驅動的機器人關節

有效

• 申請號: 201210540729.9
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103029135A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 房立金;劉振豪
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

技術領域

本發明屬于仿生機器人關節技術領域，特別是涉及一種由雙曲柄滑塊機構組成的類似于人體肌肉對抗驅動特征的仿肌肉驅動的機器人關節。

背景技術

人類關節具有動作靈活，重量輕，輸出力大的特點。采用并聯對抗驅動的機器人關節由于在驅動方式上與人類關節動作原理相一致，且便于對人類關節的動作特性進行模擬，所以越來越受到科研人員的重視。如何使機器人關節最大程度地模仿人類關節的動作原理與動作特性，從而使其具有與人類關節相似的功能特點，一直是研究人員努力的目標。在近年來出現的采用并聯對抗驅動的機器人關節中，有代表性的可以分為以下三類：

1、基于氣動人工肌肉并聯對抗驅動的機器人關節，該關節采用兩個氣動人工肌肉提供驅動力，驅動力大但定位精度低，運動過程中易產生振動。

2、基于旋轉電機并聯對抗驅動的機器人關節，其特點是驅動力大、精度高，但關節部分結構較為復雜且需要加裝繞線裝置。

3、基于壓電驅動器并聯對抗驅動的機器人關節，該關節雖具有結構簡單、體積小的優點，但驅動力也小，只適用于驅動小型關節。

上述三類現有的機器人關節機構在模仿人類關節動作方面都還存在不少的局限性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種動作靈活、工作空間大、結構簡單且能夠模擬人類肌肉變剛度非線性驅動的仿肌肉驅動的機器人關節。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種仿肌肉驅動的機器人關節，包括后置曲柄滑塊機構、前置曲柄滑塊機構和定滑輪，所述的后置曲柄滑塊機構設置有后置機架固聯直線導軌，在所述的后置機架固聯直線導軌上安裝有后置滑塊，所述的后置滑塊與后置連桿的一端相連；在后置機架回轉中心處安裝有后置定軸轉動曲柄的一端，所述的后置連桿的另一端與后置定軸轉動曲柄的另一端相連接；所述的前置曲柄滑塊機構設置有前置機架固聯直線導軌，在所述的前置機架固聯直線導軌上安裝有前置滑塊，所述的前置滑塊與前置連桿的一端相連；在前置機架回轉中心處安裝有前置定軸轉動曲柄的一端，所述的前置連桿的另一端與前置定軸轉動曲柄的另一端相連接；在定滑輪回轉中心處安裝有定滑輪，所述的定滑輪上安裝有柔索，所述的柔索的一端同后置定軸轉動曲柄與后置連桿連接處相連接，另一端同前置定軸轉動曲柄與前置連桿連接處相連接。

所述的后置曲柄滑塊機構和前置曲柄滑塊機構采用水平對置曲柄滑塊機構，后置機架回轉中心位于后置機架固聯直線導軌的延長線上，前置機架回轉中心位于前置機架固聯直線導軌的延長線上。

所述的后置曲柄滑塊機構和前置曲柄滑塊機構采用偏置曲柄滑塊機構，后置機架回轉中心及前置機架回轉中心分別分布在后置機架固聯直線導軌及前置機架固聯直線導軌延長線的兩側。

在所述的定滑輪逆時針旋轉方向上的柔索一端設置有逆切向端線性彈簧和逆切向端定軸轉動壓輪，在定滑輪順時針旋轉方向上的柔索一端設置有順切向端線性彈簧和順切向端定軸轉動壓輪。

本發明的有益效果：

1、本發明的驅動部分為兩組曲柄滑塊機構，具有關節結構簡單，動作靈活，工作空間大的特點。

2、本發明可實現關節的變剛度對抗驅動，具有人類肌肉中屈肌和伸肌的對抗牽拉作用特征。

3、本發明所述關節的總體結構與人類手臂相似。

4、本發明的曲柄滑塊機構既可以是水平對置的布置也可以是偏置的布置，曲柄滑塊機構的其它參數也可以靈活配置，以滿足關節總體結構設計需求。

附圖說明

圖1為本發明的仿肌肉驅動的機器人關節的結構示意圖；

圖2為本發明的仿肌肉驅動的機器人關節做逆時針回轉的結構示意圖；

圖3為本發明的仿肌肉驅動的機器人關節做順時針回轉的結構示意圖；

圖4為本發明的仿肌肉驅動的機器人關節串聯線性彈簧后的結構示意圖；

圖5為本發明的仿肌肉驅動的機器人關節采用偏置曲柄滑塊機構時的結構示意圖；

圖中，1—后置機架固聯直線導軌，2—前置機架固聯直線導軌，3—后置定軸轉動曲柄，4—后置連桿，5—后置滑塊，6—前置滑塊，7—前置連桿，8—前置定軸轉動曲柄，9—柔索，10—定滑輪，11—逆切向端定軸轉動壓輪，12—逆切向端線性彈簧，13—順切向端定軸轉動壓輪，14—順切向端線性彈簧，A—后置機架回轉中心，B—后置定軸轉動曲柄與后置連桿連接處，C—前置定軸轉動曲柄與前置連桿連接處，D—前置機架回轉中心，E—定滑輪回轉中心。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。