CN104890006A - 复合驱动仿生肘关节 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合驱动仿生肘关节，包括复合动力源、关节壳体和用于驱动关节运动的驱动部分；所述复合动力源包括记忆合金丝和电机；所述驱动部分包括丝杠和滑块，所述丝杠由电机驱动转动，所述记忆合金丝连接于滑块与关节壳体之间用于沿丝杠轴向为滑块提供力的作用；本发明的复合驱动仿生肘关节，采用记忆合金与电机复合驱动的方式，巧妙地将运用记忆合金形变时产生的大应力抵消关节运动的大部分驱动力，再利用电机准确的驱动关节转动要求的角度，实现了记忆合金和电机的完美结合，能够增大驱动功率，节约空间。

Description

复合驱动仿生肘关节
技术领域
本发明涉及一种机械关节，尤其涉及一种复合驱动仿生肘关节。
背景技术
在目前现有的关节中，驱动器的发展已经成为关节发展的重中之重，电机驱动的关节精度可以达到设计使用的要求，但是电机的功率比小，电机和减速传动装置要占据很大的一部分空间，极大地限制的关节发展；因此需要一种复合驱动的方式，增大功率，节约空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种复合驱动仿生肘关节，采用记忆合金与电机复合驱动的方式，巧妙地将运用记忆合金形变时产生的大应力抵消关节运动的大部分驱动力，再利用电机准确的驱动关节转动要求的角度，实现了记忆合金和电机的完美结合，能够增大驱动功率，节约空间。
本发明的复合驱动仿生肘关节，包括复合动力源、关节壳体和用于驱动关节运动的驱动部分；所述复合动力源包括记忆合金丝和电机；所述驱动部分包括丝杠和滑块，所述丝杠由电机驱动转动，所述记忆合金丝连接于滑块与关节壳体之间用于沿丝杠轴向为滑块提供力的作用；
进一步，所述关节壳体包括套接在一起并能够相对转动的外壳体和内壳体，所述驱动部分还包括转动板和离合器；所述转动板固定于外壳体内壁；所述离合器的主动部分固定于丝杠，离合器的从动部分同步转动连接于转动板，离合器的从动部分与转动板之间设有用于控制离合器接合和分离的第一记忆合金弹簧；
进一步，所述关节壳体还包括转动壳体；所述转动壳体通过沿内壳体径向 设置的转轴转动连接于内壳体；所述驱动部分还包括传动连接于丝杠和所述转轴之间的锥齿轮副；所述锥齿轮副包括固定于丝杠的主动锥齿轮和同步转动连接于所述转轴的两个从动锥齿轮；两个从动锥齿轮与内壳体之间均设有用于沿转轴轴向为相应从动锥齿轮提供弹力使相应从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合或分离的第二记忆合金弹簧；
进一步，所述两个从动锥齿轮与内壳体之间还设有用于沿转轴轴向为相应从动锥齿轮提供弹力使相应从动锥齿轮与主动锥齿轮分离的复位弹簧；
进一步，所述驱动部分还包括安装于转动板的第一转动传感器；所述第一转动传感器通过传感器安装支架固定于转动板；
进一步，所述外壳体与内壳体之间设有转动轴承；
进一步，所述驱动部分还包括固定于所述转轴的第二转动传感器；
进一步，所述内壳体内壁对应转轴及两个第二记忆合金弹簧固定有两个固定座，两从动锥齿轮之间设有一个中间块，转轴和丝杠均转动连接于中间块。
本发明的有益效果是：本发明的复合驱动仿生肘关节，采用记忆合金与电机复合驱动的方式，巧妙地将运用记忆合金形变时产生的大应力抵消关节运动的大部分驱动力，再利用电机准确的驱动关节转动要求的角度，实现了记忆合金和电机的完美结合，能够增大驱动功率，节约空间。
附图说明
图1为本发明的正视图；
图2为本发明的等轴测图。
具体实施方式
图1为本发明的正视图；图2为本发明的等轴测图，如图所示：本实施例的复合驱动仿生肘关节，包括复合动力源、关节壳体和用于驱动关节运动的驱动部分；所述复合动力源包括记忆合金丝1和电机2；所述驱动部分包括丝杠3和滑块4，所述丝杠3由电机2驱动转动，所述记忆合金丝1连接于滑块4与关节壳体之间用于沿丝杠3轴向为滑块4提供力的作用；滑块4与丝杠3连接形成丝杠螺母副，在模仿肘关节的转动与伸屈运动中，利用记忆合 金相变产生的力抵消关节运动时所需要的大部分力，同时利用丝杠3的自锁特性，使得关节只有在电机2的驱动下才能动作，实现电机2的小驱动力带动大负载的功能，记忆合金丝1共有两个，两记忆合金丝1沿丝杠3轴向分列于滑块4两侧，两记忆合金丝1的一端均固定于滑块4，另一端分别通过连接块5固定于内壳体的内壁，记忆合金丝1通电后产生应变使得一端发生拉伸，为滑块4提供力的作用，具体为弹力，使滑块4有移动的趋势，但是由于丝杠3的自锁特性，滑块4无法移动同样丝杠3也不能发生转动，因此关节不能够动作；所述电机2根据所需转动相应的角度，带动丝杠3旋转、滑块4滑移相应的距离，由于之前滑块4受到一定的拉力，因此电机2只需要很小的转矩便可以驱动丝杠3转动；电机2通过支撑块6固定在关节壳体内壁，电机2的输出轴与丝杠3通过圆柱齿轮副传动连接。
本实施例中，所述关节壳体包括套接在一起并能够相对转动的外壳体7和内壳体8，所述驱动部分还包括转动板9和离合器10；所述转动板9固定于外壳体7内壁；所述离合器10的主动部分固定于丝杠3，离合器10的从动部分同步转动连接于转动板9，离合器10的从动部分与转动板9之间设有用于控制离合器10接合和分离的第一记忆合金弹簧11；外壳体7和内壳体8均为筒形结构，内壳体8横断面为半个圆弧，便于观察其内部结构，丝杠3沿内壳体8轴线布置，离合器10的从动部分通过与丝杠3同轴设置的轮轴轴向滑动连接于转动板9，第一记忆合金弹簧11套装于轮轴外部，第一记忆合金弹簧11通电发生拉伸膨胀，挤压离合器10接合，将丝杠3的转动传递至转动板9，关节进行转动运动，第一记忆合金弹簧11断电后收缩，使离合器10分离。
本实施例中，所述关节壳体还包括转动壳体12；所述转动壳体12通过沿内壳体8径向设置的转轴13转动连接于内壳体8；所述驱动部分还包括传动连接于丝杠3和所述转轴13之间的锥齿轮副；所述锥齿轮副包括固定于丝杠3的主动锥齿轮14和同步转动连接于所述转轴13的两个从动锥齿轮15；两个从动锥齿轮15与内壳体8之间均设有用于沿转轴13轴向为相应从动锥齿轮15提供弹力使相应从动锥齿轮15与主动锥齿轮14啮合或分离的第二记忆合金弹 簧16；一个第二记忆合金弹簧16通电膨胀后能推动相应从动锥齿轮15滑动进而与主动锥齿轮14啮合，使转动壳体12相对于内壳体8转动，相应第二记忆合金弹簧16断电后收缩，带动相应从动锥齿轮15滑动并与主动锥齿轮14之间脱离啮合，两从动锥齿轮15可固定于转轴13，转轴13通过键与转动壳体12同步转动连接。
本实施例中，所述两个从动锥齿轮15与内壳体8之间还设有用于沿转轴13轴向为相应从动锥齿轮15提供弹力使相应从动锥齿轮15与主动锥齿轮14分离的复位弹簧17，提高从动锥齿轮15复位的可靠性。
本实施例中，所述驱动部分还包括安装于转动板9的第一转动传感器18；所述第一转动传感器18通过传感器安装支架19固定于转动板9；时刻监测转动角度与角速度，进行动态的负反馈。
本实施例中，所述外壳体7与内壳体8之间设有转动轴承20。
本实施例中，所述驱动部分还包括固定于所述转轴13的第二转动传感器21；时刻反馈关节伸屈运动转过的角度及伸屈运动的角速度，使得关节的伸屈运动可以进行动态负反馈。
本实施例中，所述内壳体8内壁对应转轴13及两个第二记忆合金弹簧16固定有两个固定座22，两从动锥齿轮15之间设有一个中间块23，转轴13和丝杠3均转动连接于中间块23；转轴13为台阶轴，第二记忆合金弹簧16和复位弹簧17可相互套装在一起并连接于相应固定座22和转轴13上的相应台肩处，第二记忆合金弹簧16和复位弹簧17也可按如图所示结构，第二记忆合金弹簧16连接于相应固定座22和转轴13上的相应台肩处，复位弹簧17套于转轴13外部并连接于相应固定座22的端面和相应从动锥齿轮15的端面，复位弹簧17均为拉伸弹簧，设置中间块23能有效的将丝杠3和转轴13连接起来，为丝杠3提供一个支撑点，提高整体结构稳定性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种复合驱动仿生肘关节，其特征在于：包括复合动力源、关节壳体和用于驱动关节运动的驱动部分；所述复合动力源包括记忆合金丝和电机；所述驱动部分包括丝杠和滑块，所述丝杠由电机驱动转动，所述记忆合金丝连接于滑块与关节壳体之间用于沿丝杠轴向为滑块提供力的作用。
2.根据权利要求1所述的复合驱动仿生肘关节，其特征在于：所述关节壳体包括套接在一起并能够相对转动的外壳体和内壳体，所述驱动部分还包括转动板和离合器；所述转动板固定于外壳体内壁；所述离合器的主动部分固定于丝杠，离合器的从动部分同步转动连接于转动板，离合器的从动部分与转动板之间设有用于控制离合器接合和分离的第一记忆合金弹簧。
3.根据权利要求2所述的复合驱动仿生肘关节，其特征在于：所述关节壳体还包括转动壳体；所述转动壳体通过沿内壳体径向设置的转轴转动连接于内壳体；所述驱动部分还包括传动连接于丝杠和所述转轴之间的锥齿轮副；所述锥齿轮副包括固定于丝杠的主动锥齿轮和同步转动连接于所述转轴的两个从动锥齿轮；两个从动锥齿轮与内壳体之间均设有用于沿转轴轴向为相应从动锥齿轮提供弹力使相应从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合或分离的第二记忆合金弹簧。
4.根据权利要求3所述的复合驱动仿生肘关节，其特征在于：所述两个从动锥齿轮与内壳体之间还设有用于沿转轴轴向为相应从动锥齿轮提供弹力使相应从动锥齿轮与主动锥齿轮分离的复位弹簧。
5.根据权利要求2所述的复合驱动仿生肘关节，其特征在于：所述驱动部分还包括安装于转动板的第一转动传感器；所述第一转动传感器通过传感器安装支架固定于转动板。
6.根据权利要求2所述的复合驱动仿生肘关节，其特征在于：所述外壳体与内壳体之间设有转动轴承。
7.根据权利要求4所述的复合驱动仿生肘关节，其特征在于：所述驱动部分还包括固定于所述转轴的第二转动传感器。
8.根据权利要求4所述的复合驱动仿生肘关节，其特征在于：所述内壳体内壁对应转轴及两个第二记忆合金弹簧固定有两个固定座，两从动锥齿轮之间设有一个中间块，转轴和丝杠均转动连接于中间块。
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