[發(fā)明專利]氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310460748.5
• 申請(qǐng)日: 2013-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103522301A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王斌銳;駱浩華;李青;金英連
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): B25J17/00
• 分類號(hào): B25J17/00
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 陸永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是涉及一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

多連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是目前仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的熱點(diǎn)和方向。多數(shù)的仿生機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)采用定軸轉(zhuǎn)動(dòng)方式,但動(dòng)物和人類的骨骼型轉(zhuǎn)動(dòng)并不是定軸轉(zhuǎn)動(dòng)方式，而是復(fù)雜的骨頭端面曲面相互的嚙合滑動(dòng)，類似于機(jī)械中的凸輪機(jī)構(gòu)，但曲面要復(fù)雜的多，另外，仿生機(jī)構(gòu)不具備柔順性，模擬動(dòng)物和人類肢體的柔順性運(yùn)動(dòng)特性很困難。多連桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是仿生機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，尤其是四連桿機(jī)構(gòu)。但目前的設(shè)計(jì)方式是根據(jù)需要模擬的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)進(jìn)行多連桿機(jī)構(gòu)綜合，確定機(jī)構(gòu)參數(shù)。不同的運(yùn)動(dòng)軌跡和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)要求，需要不同參數(shù)的機(jī)構(gòu)。由于仿生機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和轉(zhuǎn)動(dòng)特性變化大，使得仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作變得繁瑣。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，提出了各式各樣的解決方案。例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種機(jī)構(gòu)參數(shù)可調(diào)的通用型氣動(dòng)肌肉仿生關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)[申請(qǐng)?zhí)枺?01220550435.X]，包括上連桿、下連桿、轉(zhuǎn)軸連接塊、轉(zhuǎn)軸、彈簧擋板組件、下支撐板轉(zhuǎn)軸槽、轉(zhuǎn)軸槽、上支撐桿、下支撐桿、調(diào)長(zhǎng)螺母、壓緊彈簧、左氣動(dòng)肌肉和右氣動(dòng)肌肉等。上連桿和下連桿用于連接仿生機(jī)構(gòu)中需要相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)肢體。轉(zhuǎn)軸連接塊中開(kāi)有三個(gè)橢圓跑道形轉(zhuǎn)軸槽，上支撐轉(zhuǎn)軸槽、左轉(zhuǎn)軸槽和右轉(zhuǎn)軸槽。左右氣動(dòng)肌肉與中間支撐桿的距離可分別調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)軸的高度和上支撐桿的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，從而使得機(jī)構(gòu)可根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)軌跡要求，進(jìn)行調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了機(jī)構(gòu)的通用性。

上述方案在一定程度上解決了現(xiàn)有的仿生關(guān)節(jié)不具備柔順性、機(jī)構(gòu)參數(shù)難以調(diào)節(jié)的問(wèn)題，但是該方案依然存在著：機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)不夠靈活，擺角范圍有限，柔順性差，負(fù)載低，擺動(dòng)過(guò)程易抖動(dòng)、失穩(wěn)且轉(zhuǎn)動(dòng)軸位移只能在豎直方向變化的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種通用性強(qiáng)、機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)靈活且轉(zhuǎn)動(dòng)軸位移可按照實(shí)際關(guān)節(jié)進(jìn)行設(shè)置的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：本氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，包括臥式設(shè)置的筒身，在筒身上側(cè)固設(shè)有上法蘭，其特征在于，所述的筒身一側(cè)穿設(shè)有第一柔性連桿組件，另一側(cè)穿設(shè)有第二柔性連桿組件，所述的筒身下側(cè)穿設(shè)有第三柔性連桿組件，所述的筒身內(nèi)上側(cè)設(shè)有彈性件，所述的筒身內(nèi)設(shè)有具有內(nèi)凹側(cè)邊弧形的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)，且所述的第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件分別與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣相頂靠，在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)上固連有擺動(dòng)桿，所述的擺動(dòng)桿下端位于筒身外且固連安裝板，在安裝板上固連有下法蘭，所述的第一柔性連桿組件的外端通過(guò)第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝板相連，所述的第二柔性連桿組件的外端通過(guò)第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝板相連，當(dāng)?shù)谝粴鈩?dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擺動(dòng)桿進(jìn)行擺動(dòng)時(shí)所述的第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件約束曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)動(dòng)作從而使下擺動(dòng)桿與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的連接端端部形成與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的內(nèi)凹側(cè)邊弧形相一致的弧形位移。

顯然，通過(guò)第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的配合約束，當(dāng)擺動(dòng)桿動(dòng)作時(shí)，擺動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸將受到約束，這使得仿生關(guān)節(jié)擺動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位移符合實(shí)際關(guān)節(jié)的骨骼型轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第一柔性連桿組件和第二柔性連桿組件傳導(dǎo)第一氣動(dòng)肌肉和第二氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)力，有效減緩了受力沖擊時(shí)的震動(dòng)，使得擺動(dòng)桿的擺動(dòng)更加柔順，提高仿生機(jī)構(gòu)的工作性能和仿生性能。

在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)對(duì)稱；所述的第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一氣動(dòng)肌肉、第一上連索和第一下連索，所述的第一氣動(dòng)肌肉的一端通過(guò)第一上連索與第一柔性連桿組件外端相連，另一端與第一下連索相連，所述的第一下連索經(jīng)第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與安裝板相連；所述的第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二氣動(dòng)肌肉、第二上連索和第二下連索，所述的第二氣動(dòng)肌肉的一端通過(guò)第二上連索與第二柔性連桿組件外端相連，另一端與第二下連索相連，所述的第二下連索經(jīng)第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與安裝板相連。