[發明專利]一種纖維交叉編織的柔性旋轉關節

在審

• 申請號: 201810144556.6
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108297125A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 劉英想;陳維山;劉軍考;唐心田
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J17/02;B25J9/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

一種纖維交叉編織的柔性旋轉關節，涉及柔性驅動器技術領域。它解決了現有柔性驅動器不能產生旋轉運動的問題。包括定子、4n根人工肌肉、動子和轉軸；轉軸首端與定子固定連接，動子與轉軸末端轉動連接；4n根人工肌肉的兩端均分別與定子和動子固定連接，4n根人工肌肉平均分為兩組；第一組2n根人工肌肉沿動子圓周方向均勻分布，且均與動子母線方向存在正向的角度傾斜；第二組2n根人工肌肉2?2沿動子圓周方向均勻分布，且均與動子母線方向存在負向的角度傾斜；所有4n根人工肌肉空間獨立且不接觸。本發明通過人工肌肉的交叉編織結構實現了雙向柔性旋轉驅動；本發明結構簡單、體積小、重量輕、功率密度高、輸出柔性大，可用于柔性機器人的驅動。

技術領域

本發明涉及一種纖維交叉編織的柔性旋轉關節，屬于柔性驅動器技術領域。

背景技術

柔性驅動器一直以來都是機器人領域的重要分支，由于傳統剛性驅動器體積、重量大，動作剛度高，在一些應用上存在某些局限性。柔性驅動器具有靈活性高、容易變形等特點，易于布置在柔性機器人或狹小的結構中，又因其具有很強的動作柔順性，易于實現機器人、環境和人的安全交互，具有廣闊的應用前景。

目前常見的柔性驅動器包括電活性聚合物、形狀記憶合金、離子聚合物金屬復合材料等。這些柔性驅動器價格昂貴，輸出力與位移有限且只能輸出直線或彎曲變形，不能產生旋轉運動，難以滿足柔性機器人的需求。

發明內容

本發明為了解決現有柔性驅動器不能產生旋轉運動的問題，提出了一種纖維交叉編織的柔性旋轉關節，所采取的技術方案如下：

一種纖維交叉編織的柔性旋轉關節包括定子1、4n根人工肌肉2、動子3和轉軸4，其中n為自然數；所述轉軸4首端與定子1固定連接，動子3與轉軸4末端轉動連接；所述4n根人工肌肉2的兩端均分別與定子1和動子3固定連接，4n根人工肌肉2平均分為兩組；其中，第一組2n根人工肌肉2-1沿動子3圓周方向均勻分布，且均與動子3母線方向存在正向的角度傾斜；第二組2n根人工肌肉2-2沿動子3圓周方向均勻分布，且均與動子3母線方向存在負向的角度傾斜；所有4n根人工肌肉2空間獨立且不接觸。

進一步限定，所述4n根人工肌肉2均為聚合物纖維和金屬絲共同卷繞形成的螺旋結構的條狀纖維，其通電后將產生長度方向的收縮變形，斷電后恢復初始長度。

進一步限定，對第一組2n根人工肌肉2-1通電，第一組2n根人工肌肉2-1長度縮短，動子3將獲得逆時針方向的旋轉動作。

進一步限定，對第二組2n根人工肌肉2-2通電，第二組2n根人工肌肉2-2長度縮短，動子3將獲得順時針方向的旋轉動作。

進一步限定，通過改變人工肌肉2布置的傾斜角度，可以實現柔性旋轉關節最大角位移的調整。

進一步限定，通過增加人工肌肉2的設置數量，可以實現柔性旋轉關節最大輸出力矩的調整。

本發明的有益效果：本發明通過人工肌肉的交叉編織結構實現了雙向柔性旋轉驅動；通過改變人工肌肉布置的傾斜角度，可以實現柔性旋轉關節最大角位移的調整；通過增加人工肌肉的設置數量，可以實現柔性旋轉關節最大輸出力矩的調整；通過控制人工肌肉的激勵信號可以實現旋轉位移的精確調整；與傳統柔性驅動器相比，本發明可產生旋轉運動；與傳統剛性旋轉驅動器相比，本發明結構簡單、體積小、重量輕、功率密度高、輸出柔性大，可用于柔性機器人的驅動。

附圖說明

圖1是本發明所述纖維交叉編織的柔性旋轉關節的結構示意圖；

圖2是本發明所述人工肌肉的結構形式及其變形狀態示意圖；

圖3是本發明所述纖維交叉編織的柔性旋轉關節實現逆時針轉動的原理示意圖；

圖4是本發明所述纖維交叉編織的柔性旋轉關節實現順時針轉動的原理示意圖。

具體實施方式