[實用新型]氣動人工肌肉與伺服電機混合驅動關節

有效

• 申請號: 201820457577.9
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN208147890U
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 劉振忠;朱海星;王巨濤
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王夢

本實用新型公開了一種氣動人工肌肉與伺服電機混合驅動關節，包括由兩個氣動人工肌肉和半齒輪構成的氣動人工肌肉驅動機構、由伺服電機和安裝在所述伺服電機輸出軸上的主動傘齒輪構成的伺服電機驅動機構，以及由回轉軸、與主動傘齒輪嚙合的從動傘齒輪、與半齒輪嚙合的圓形齒輪和關節連接軸構成的回轉機構，氣動人工肌肉和伺服電機分別通過主動傘齒輪與從動傘齒輪之間以及半齒輪與圓形齒輪之間的嚙合傳動將驅動力同時傳輸到回轉軸，從而通過關節連接軸輸出相應的動作；該將氣動人工肌肉材料輕質、載荷大、柔性好等優勢與伺服電機的精度高、動作響應快等優勢進行融合，實現在驅動的過程中二者以相互補償的方式做出精確的柔順控制。

技術領域

本實用新型涉及仿生機器人技術領域，特別涉及一種氣動人工肌肉與伺服電機混合驅動關節。

背景技術

關節是決定康復和穿戴等機器人性能的核心部件之一。研究輕質、靈巧、具有更高人機相融性的機器人關節結構，有助于開發實用化的康復和穿戴等機器人產品。目前，多數機器人關節采用高剛性的電機作為驅動元件，這種驅動方式響應快，定位精度高，承載能力強。此外還有一部分機器人關節以氣動人工肌肉作為驅動元件，這種驅動方式柔順性好，功率/重量比大，動作平滑；但是，以電機作為驅動元件在實現機器人高功率密度比和整體響應性能、以及具有與人相匹配的柔順性等方面受到限制，而以氣動人工肌肉作為驅動元件只能通過壓力控制，不能根據驅動要求來調節驅動特性，存在典型的非線性，難以實現精確地控制。

已公開專利CN105644650A公開了一種由哈爾濱工業大學研制的氣電混合驅動的柔性雙足機器人；已公開專利CN104786219A公開了一種由浙江理工大學研制的360度多自由度仿人氣動肌肉機械手；此外，上海交通大學的陳劍鋒等設計了一種混合驅動式多關節雙機械臂；西北工業大學的應申舜等設計了一種基于氣動人工肌肉的機器人驅動關節；上述研究成果都是以氣動人工肌肉作為驅動單元，然而以氣動人工肌肉或電機作為關節的單一驅動元件，很難實現較高精度下的柔順控制。綜上所述，有必要針對單一驅動元件驅動關節在保證精度下柔順性等方面存在的不足，提出了以一種氣動人工肌肉和電機混合驅動的單關節形式，達到提高仿生機器人驅動關節性能的目的。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種通過改變傳統仿生機器人驅動關節的單一驅動方式，將剛性驅動與氣動人工肌肉這種典型柔性驅動相結合以提高關節性能的氣動人工肌肉與伺服電機混合驅動關節。

為此，本實用新型技術方案如下：

一種氣動人工肌肉與伺服電機混合驅動關節，包括設置在一架體上的氣動人工肌肉驅動機構、伺服電機驅動機構和回轉機構；其中，

所述架體包括安裝支架和兩個對稱設置在所述安裝支架兩側的L形連接架；

所述氣動人工肌肉驅動機構包括兩個平行設置的氣動人工肌肉和一個半齒輪；兩個所述氣動人工肌肉平行于所述安裝支架且分別位于兩個所述L形連接架的上方，每個所述氣動人工肌肉的伸縮端固定在所述L形連接架的豎板上、充放氣端固定在所述安裝支架的豎板上；所述半齒輪位于所述安裝支架的下方且平行于所述安裝支架設置，每個所述L形連接架分別通過一根豎軸與所述半齒輪連接固定，使所述L形連接架能夠帶動所述半齒輪發生轉動；

所述伺服電機驅動機構包括一個伺服電機和一個主動傘齒輪；所述伺服電機固定在鄰近所述氣動人工肌肉伸縮端處的安裝支架上，且所述伺服電機的輸出軸平行于所述氣動人工肌肉設置；所述主動傘齒輪安裝在所述伺服電機的輸出軸上；

所述回轉機構包括回轉軸、與所述主動傘齒輪嚙合的從動傘齒輪以及與所述半齒輪嚙合的圓形齒輪；所述從動傘齒輪和所述圓形齒輪分別固定在所述回轉軸的兩端。