CN104260105B - 一种基于扭转传动的屈伸关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扭转传动的屈伸关节，包括一固定底板上垂直固定有支撑杆而形成的倒置T型基座，支撑杆的顶部设置有绕支撑杆顶部支点作翘翘板运动的臂杆，臂杆位于支撑杆顶点的两侧分别为臂杆根端和臂杆梢端，臂杆根端和臂杆梢端分别通过铰接件铰接有扭转传动装置，扭转传动装置的下方依次连接有限力件、减速器和电动机，电动机固定在倒置T型基座的固定底板上，本发明结构简单，响应迅速，由于扭转体可以是选用多根软索制成，每一个关节就是有一定损伤也能完成动作，性能可靠，成本低。

Description

一种基于扭转传动的屈伸关节

技术领域

本发明涉及传动技术领域，具体的说，本发明涉及一种作为仿生机械臂组成单元的基于扭转传动的屈伸关节。

背景技术

现有技术的机械臂的运动是用液压系统与人造肌肉实现。

机械手臂的执行可以是靠液压系统，液压传动的缺点包括(1)使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；(2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；(3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；(4)用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患；(5)传动效率低。由于以上介绍的液压系统存在的问题，以及介质响应较慢，液压系统的反应不够灵活，都是仿生机械臂采用液压系统的不利因素。

机械手臂的执行也可以是靠人造肌肉，人造肌肉是把管状导电塑料集束成肌肉一样的复合体，在管内注入特殊液体，导电性高分子在溶液中释放出离子，在电流的刺激下完成伸缩动作。通过控制电流强弱调整离子的数量，可以改变人造肌肉的伸缩性。从而可以带动机械臂产生动作。

人造肌肉的制作材料有多种，要根据不同的使用条件选用不如的材料，如在外部空间的极端温度环境中，人造肌肉最好采用有机硅塑料，已经证明这种材料可以在零下100摄氏度的真空环境下工作。对于要求更大输出力的应用，可能需要更多的聚合物材料或者将多台设备串联或并联。也就是说人造肌肉的适应性不太好。激活电绝缘橡胶致动器的电压相对较高，通常为1到5千伏，高电压要用于移动设备，因为电池通常是低电压的，因而还需要附加的变压线圈。电绝缘橡胶的耐久性可能是无预兆的情况下失效。

由于技术不够成熟，性能不够稳定，不可预知失效及经不住较小的损伤，这些都是仿生机械臂采用人造肌肉的不利因素。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的相对不足，提供一种结构简单、响应迅速、就是有一定损伤也能完成动作、性能可靠、成本低的基于扭转传动的屈伸关节，该屈伸关节可作为仿生机械臂的基本组成单元。

本发明提供的技术方案是：一种基于扭转传动的屈伸关节，其特征在于，包括一固定底板上垂直固定有支撑杆而形成的倒置T型基座，支撑杆的顶部设置有绕支撑杆顶部支点作翘翘板运动的臂杆，臂杆位于支撑杆顶点的两侧分别为臂杆根端和臂杆梢端，臂杆根端和臂杆梢端分别通过铰接件铰接有扭转传动装置，扭转传动装置的下方依次连接有限力件、减速器和电动机，电动机固定在倒置T型基座的固定底板上，其中，

扭转传动装置包括一主动件，主动件与扭转传动件连接，扭转传动件的末端连接有从动件，其中，主动件与限力件连接，从动件与臂杆铰接；扭转传动件为软体绳索，扭转传动件的一端固定在主动件上，扭转传动件与主动件保持位置相对固定，主动件旋转带动扭转传动件下部旋转，扭转传动件扭转拧紧并压缩，扭转传动件的另一端向主动件方向移动，从而带动从动件向主动件方向移动，与从动件铰接的臂杆下压；外力作用下带动从动件远离主动件移动，从动件带动扭转传动件松开并伸展，带动主动件反向旋转；

臂杆根端的扭转传动装置在限力件的带动下压缩扭转，使臂杆根端绕支点向下运动，臂杆梢端下的扭转传动装置的扭转传动件松开并伸展，臂杆梢端向上运动；相同的，臂杆梢端的扭转传动装置的主动件在限力件的带动下旋转，扭转传动件拧紧旋转，带动从动件向下运动，从而带动臂杆梢端绕支点向下运动，另一侧的臂杆根端下的扭转传动装置的扭转传动件松开并伸展，臂杆根端向上运动，如此循环形成关节的屈伸。

所述的限力件上设有电磁阀，电磁阀内设有一销轴，销轴上套有弹簧，销轴一端伸出电磁阀外并销入主动件的预留孔中，使得限力件通过销轴带动主动件做旋转运动；电磁阀通电，销轴被电磁阀线圈吸入，限力件与主动件周向断开连接，即限力件与主动件的周向旋转互不相关，电磁阀断电，销轴在弹簧的回复力作用下伸出电磁阀并销入主动件。

所述的限力件为弹性离合器，包括一由减速器带动转动的芯轴，芯轴上设有卡槽，卡槽内设有弹簧，弹簧上套装有活动拨叉，拨叉顶部卡合在外圈的内齿圈，芯轴转动通过拨叉带动外圈转动，外圈与扭转传动装置的主动件连接，并带动主动件转动。

优选的,所述的软体绳索外表面套装有套管。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，响应迅速，由于扭转体可以是选用多根软索制成，每一个关节上的部分软索就是有一定损伤也能完成动作，性能可靠，成本低。本发明采用的扭转传动装置，比流体传动简单、比四杆机构灵活、比凸轮机构行程大，同时可根据主动件不同的转角使从动件在一定范围内有无极的类直线行程，同时扭转传动主动件与从动件之间在不传导动力时是相对分离的，一方的振动不会对另一方有太大影响。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1中限力件的结构示意图；

图3为图1中扭转传动装置的结构示意图；

图4为电磁阀结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1、图2，一种基于扭转传动的屈伸关节，包括一固定底板12上垂直固定有支撑杆13形成的倒置T型基座，支撑杆13的顶部设置有绕支撑杆顶部支点作翘翘板运动的臂杆14，臂杆14位于支撑杆13顶点的两侧分别为臂杆根端和臂杆梢端，臂杆根端和臂杆梢端分别通过铰接件15铰接有扭转传动装置16，扭转传动装置16的下方依次连接有限力件17、减速器18和电动机19，电动机19固定在倒置T型基座的固定底板12上，减速器18可以采用行星齿轮减速机，其太阳轮转动为主动件，行星齿轮的内齿圈也与固定底板12固定，从而电动机19的电机轴带动了行星架做减速转动。

限力件为一弹性离合器，包括一由减速器18带动转动的芯轴20，芯轴20上设有卡槽21，卡槽21内设有弹簧22，弹簧22上套装有活动拨叉23，拨叉23顶部卡合在外圈24的内齿圈25，芯轴20转动通过拨叉23带动外圈24转动，外圈24与扭转传动装置16的主动件连接，并带动主动件转动。当阻力太大时，弹簧22被压缩，拨叉23向内退让，与内齿圈25分离，芯轴20空转带不动外圈24，实现限力作用。

如图3所示，扭转传动装置16包括一主动件1，主动件1与扭转传动件连接2，扭转传动件2的末端连接有从动件3，主动件1与限力件17连接，从动件3与臂杆14铰接；从而带动从动件3向主动件1方向运动，由于从动件3与臂杆14铰接，因此带动臂杆14梢端下压，当臂杆14根端的电动机启动，采用同样的扭转压缩使得臂杆根端下压，则给臂杆梢端一个向上的外力，扭转传动件2松开并伸展，扭转传动件2的另一端向远离主动件1方向移动，带动主动件1反向旋转；

如图4所示，限力件17上设有电磁阀4，电磁阀4内设有一销轴41，销轴41上套有弹簧42，销轴42一端伸出电磁阀4外并销入主动件1的预留孔中，使得限力件17通过销轴42带动主动件1做旋转运动；电磁阀4通电，销轴41被电磁阀线圈43吸入，限力件17与主动件1周向断开连接，电磁阀4断电，销轴41在弹簧42的回复力作用下伸出电磁阀4并销入主动件1。

其中主动件1、从动件3可以设计为圆盘状，扭转传动件2为一组软体绳索，软体绳索外套装有套管(图中未示出)，扭转传动件2的每根软索均布并固定于圆盘边缘。电磁阀4不通电时，销轴41将限力件17与主动件1上预留与销轴41配合的孔销住，使得限力件17与主动件1做周向固定。当电动机19带动减速机构18，限力件17在销轴42的配合下使主动件1旋转，带动扭转传动件2下部旋转，扭转传动件2上部随从动件3与臂杆14铰接无法转动，故扭转传动件2扭转拧紧并压缩，带动从动件3向主动件1方向移动。当主动件1停止旋转，扭转传动件2保持拧紧状态，直到电磁阀4通电，销轴42拨出，主动件1与限力件17周节分离，扭转传动件2根据其自己性能保持一种自由状态，若有外力拉伸则扭转传动件2松开并伸展，本发明的拉伸外力由另一个扭转传动件经翘翘板作用而产生，另电磁阀4通电的信号就是来自另一个电动机开动的信号，这样臂杆14两端不会同时受力。

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于扭转传动的屈伸关节，其特征在于，包括一固定底板上垂直固定有支撑杆而形成的倒置T型基座，支撑杆的顶部设置有绕支撑杆顶部支点作翘翘板运动的臂杆，臂杆位于支撑杆顶点的两侧分别为臂杆根端和臂杆梢端，臂杆根端和臂杆梢端分别通过铰接件铰接有扭转传动装置，扭转传动装置的下方依次连接有限力件、减速器和电动机，电动机固定在倒置T型基座的固定底板上，其中，

扭转传动装置包括一主动件，主动件与扭转传动件连接，扭转传动件的末端连接有从动件，其中，主动件与限力件连接，从动件与臂杆铰接；扭转传动件为软体绳索，扭转传动件的一端固定在主动件上，扭转传动件与主动件保持位置相对固定，主动件旋转带动扭转传动件下部旋转，扭转传动件扭转拧紧并压缩，扭转传动件的另一端向主动件方向移动，从而带动从动件向主动件方向移动，与从动件铰接的臂杆下压；外力作用下带动从动件远离主动件移动，从动件带动扭转传动件松开并伸展，带动主动件反向旋转；

臂杆根端的扭转传动装置在限力件的带动下压缩扭转，使臂杆根端绕支点向下运动，臂杆梢端下的扭转传动装置的扭转传动件松开并伸展，臂杆梢端向上运动；相同的，臂杆梢端的扭转传动装置的主动件在限力件的带动下旋转，扭转传动件拧紧旋转，带动从动件向下运动，从而带动臂杆梢端绕支点向下运动，另一侧的臂杆根端下的扭转传动装置的扭转传动件松开并伸展，臂杆根端向上运动，如此循环形成关节的屈伸。

2.根据权利要求1所述的一种基于扭转传动的屈伸关节，其特征在于，所述的限力件上设有电磁阀，电磁阀内设有一销轴，销轴上套有弹簧，销轴一端伸出电磁阀外并销入主动件的预留孔中，使得限力件通过销轴带动主动件做旋转运动；电磁阀通电，销轴被电磁阀线圈吸入，限力件与主动件断开连接，电磁阀断电，销轴在弹簧的回复力作用下伸出电磁阀并销入主动件。

3.根据权利要求1所述的一种基于扭转传动的屈伸关节，其特征在于，所述的限力件为弹性离合器，包括一由减速器带动转动的芯轴，芯轴上设有卡槽，卡槽内设有弹簧，弹簧上套装有活动拨叉，拨叉顶部卡合在外圈的内齿圈，芯轴转动通过拨叉带动外圈转动，外圈与扭转传动装置的主动件连接，并带动主动件转动。

4.根据权利要求1所述的一种基于扭转传动的屈伸关节，其特征在于，所述的软体绳索外表面套装有套管。