[發(fā)明專利]一種變剛度變傳動比的雙絞線驅(qū)動仿生關節(jié)

在審

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• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115139330A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設計）人: 魏敦文;彭倍;張曉晨;張何
• 申請（專利權）人: 諾丁漢（余姚）智能電氣化研究院有限公司
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 袁波

本發(fā)明涉及一種變剛度變傳動比的雙絞線驅(qū)動仿生關節(jié)，包括第一關節(jié)段和第二關節(jié)段，通過采用驅(qū)動組件驅(qū)動第一絞線、第二絞線分別進行絞旋收縮和解旋舒張來牽引轉盤轉動以帶動第二關節(jié)段擺動，同時通過在第一絞線、第二絞線上分別設置具有分線功能的第一分線器、第二分線器，通過調(diào)整第一分線器、第二分線器的位置來調(diào)整第一絞線、第二絞線的絞線段長度，通過設置調(diào)節(jié)齒輪與第一分線器、第二分線器嚙合聯(lián)動來調(diào)整第一絞線和第二絞線之間的傳動比，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)第一絞線、第二絞線的剛度。

技術領域

本發(fā)明涉及仿生關節(jié)制造技術領域，具體而言，涉及一種變剛度變傳動比的雙絞線驅(qū)動仿生關節(jié)。

背景技術

傳統(tǒng)的關節(jié)驅(qū)動上普遍采用液壓驅(qū)動、電機直驅(qū)等驅(qū)動方式，液壓驅(qū)動一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，具有較長的使用壽命，且能夠提供較大的功率動力輸出，被廣泛地應用于負重增強型外骨骼中，但其需要額外的液壓源件，導致系統(tǒng)重量大、便攜性差、穿戴舒適性差，難以實現(xiàn)高精度的力控制，驅(qū)動柔順性不足。

隨著高性能自適應力位控制算法的良好設計，電機控制技術日趨成熟，在關節(jié)處能提供較大的助力力矩并實現(xiàn)人體運動步態(tài)的良好跟隨，但電機直驅(qū)的驅(qū)動系統(tǒng)具有結構剛度大、需要減速齒輪、尺寸和慣量大的缺點；為了提高電機驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動柔順性及穿戴舒適性，目前常采用電機結合絞盤、繩索等構成的繩驅(qū)動系統(tǒng)，其具有遠距離動力傳輸、重量輕、安裝簡單、高柔順性的特點，但其易受到自身結構特性的限制，僅能提供與身體平行的直線驅(qū)動力，受力易變形、仿生柔順性不足、穿戴舒適性有待提高。

而隨著柔性驅(qū)動設計理念的日趨成熟，氣動肌肉驅(qū)動、變形材料驅(qū)動等、串聯(lián)彈性驅(qū)動等柔性驅(qū)動技術被廣泛地應用于外骨骼驅(qū)動系統(tǒng)設計中；氣動人工肌肉將氣動動力轉換成拉力，與傳統(tǒng)的氣動氣缸相比，其具有高力重量比、無機械部件、低壓縮空氣消耗和低成本、柔順性好等特點，但電源系統(tǒng)龐大、驅(qū)動非線性性強，難以精確控制；受熱變形、通電變形等變形材料驅(qū)動系統(tǒng)具有高柔順性、驅(qū)動方式新穎等優(yōu)點，但材料出力小、存在回程遲滯、控制系統(tǒng)復雜；串聯(lián)彈性驅(qū)動系統(tǒng)通過彈性體的變形增加了驅(qū)動系統(tǒng)的柔順性，改善了人機交互、能源效率、耐沖擊性以及可逆驅(qū)動等驅(qū)動性能，但具有尺寸較大、重量較高、結構設計復雜和安裝復雜等缺陷。近年絞線驅(qū)動器由于器輕量化、高能效、高柔順性、高傳動比等特性引起廣泛的關注，然而傳動比由絞線長度確定，不具有可調(diào)性，嚴重影響其驅(qū)動性能。如中國專利申請公開號為“CN112370314B”，專利名稱為“一種基于雙絞線驅(qū)動的張拉柔性踝關節(jié)穿戴助力設備”，包括腳部支撐板、柔性關節(jié)、腳踝穿戴組件，所述柔性關節(jié)下端與腳踝穿戴組件相連，所述柔性關節(jié)上端與絞線驅(qū)動部分相連，其中，所述絞線驅(qū)動部分包括電機固定板，所述電機固定板上安裝電機，所述電機下端連接聯(lián)軸器，所述聯(lián)軸器與主動軸相連，所述主動軸上固定連接有齒輪II，所述主動軸固連有絞線環(huán)II，所述齒輪II與齒輪I嚙合連接，所述齒輪I通過小軸承座與從動軸連接，所述齒輪I下端固定有大軸承座一端，所述大軸承座另一端連接絞線環(huán)I，上述驅(qū)動方式無法與生物關節(jié)驅(qū)動方式相媲美，生物關節(jié)驅(qū)動具有很好的關節(jié)柔順性，關節(jié)力矩和速度、剛度都具有很好的自適應性，如何與生物肌肉運動機理相結合，開發(fā)一種輕量化、高柔順、高能效的變剛度變傳動比類肌肉仿生驅(qū)動關節(jié)顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是如何開發(fā)輕量化、高柔順、高能效的類肌肉仿生關節(jié)。