CN105216894A - 一种电动仿肌肉牵引组织 - Google Patents

Abstract

本<b>发明</b>涉及应用于制造业机器人制造领域、机电技术领域和驱动方式需要直线牵引驱动的传动领域，特别是一种电动仿肌肉牵引组织，由基本牵引单元和牵引绳连接成一种电动仿肌肉牵引组织。牵引单元由电动机、齿轮组、壳体和舒张弹簧构成。通过牵引单元壳体内电动机和齿轮组的扭矩变换，由卷绕轴转动，通过固定在主卷绕轴上牵引绳索实现双向卷绕，产生双向收缩的直线牵引力。使多个牵引单元集群相互协作组成一种电动仿肌肉牵引组织。

Description

一种电动仿肌肉牵引组织

技术领域

本发明涉及应用于制造业机器人制造领域、机电技术领域和驱动方式需要直线牵引驱动的传动领域，特别是一种电动仿肌肉牵引组织。

背景技术

现有诸多动力机械和机械传动领域主要依靠电动机、发动机或液压马达来直接驱动，特别在许多工厂中的工业机器人都依靠电机来直接驱动。旋转运动作用于机器人的机械臂的关节活动方式很难控制，机器人工作过程中，各种大小不同的关节需使用不同控制信号和控制方式。没有往复牵引并且极易控制的线驱动仿肌肉装置。现有机器人相关研究在改变类人机器人或其它类四肢动物机械的动作时，机电控制不能使用简单的计算机0和1的通断信号控制，实现的动作仿生程度比较低，活动方式动作僵硬，机器手太大也使其灵活性受到限制，很难最终实现与人类近似的全仿真类人机器人。本发明提出的一种电动仿生肌肉牵引组织可以非常好的模仿生物肌肉的运动过程，同时方便的接受计算机的通断信号控制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种电动仿肌肉牵引组织。其制造方法，其采用了由固定在牵引轴上的牵引绳，在牵引轴的转动下实现双向收缩卷绕，产生双向收缩的直线牵引力，并制造成基础的牵引单元，通过牵引单元集群的方式相互协作组成一种电动仿肌肉牵引组织。它能够起到模仿动物肌肉组织收缩运动的牵引功能，应用于全仿真类人机器人或类其它四肢动物机械领域中，制造出类人机器人或其它类四肢动物，并方便控制各种动作使其更加灵活自如。还可应用于现有机械和传动中需要线驱动牵引的动力装置中，运动的控制通过通断牵引单元的数量就可以很方便的控制运动行程。

本发明所采用的技术方案是：一种电动仿肌肉牵引组织，由基本牵引单元和牵引绳连接成一种电动仿肌肉牵引组织，牵引单元由电动机、齿轮组、壳体和舒张弹簧构成。在牵引单元壳体内电动机的低扭矩高速旋转，通过变速齿轮组转变成外界所需要的低转速高扭矩，这样电动机所作的功就传导到卷绕轴上，通过固定在卷绕轴上牵引绳索在轴转动过程中实现双向收缩卷绕，把电机的动能转变为两头双向收缩的直线牵引力。牵引绳可以一端固定也可壳体固定在骨骼或基础上。利用牵引绳的卷绕牵引作用，能较好的模仿动物肌肉的牵引运动，实现线驱动仿肌肉牵引。单元两头的舒张弹簧，在电机断电或反向旋转舒张的同时，可防止牵引绳杂乱缠绕打结，在电动机断电或反向旋转放松组织时起到舒张的作用。一个牵引单元的一端与另一个牵引单元的另一端通过牵引绳索相连接，形成长串链结构。每个牵引单元都可以在自身内部牵引力的作用下对自身单元进行拉动并使自身产生牵引位移。通过一定数量的牵引单元连接，由牵引绳索形成的长串链结构叠加在一起，形成一种电动仿肌肉牵引组织。电动机的电源可采用外接电源引线，也可连接在单元内部的电池组和充放电控制电路。通过内部的电路实现无线控制和无线充电功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种电动仿肌肉牵引组织，由基本牵引单元和牵引绳连接成组织。通过牵引单元壳体内电动机和齿轮组的扭矩变换，由卷绕轴转动，通过固定在主卷绕轴上牵引绳索实现双向收缩卷绕，产生双向收缩的直线牵引力。使多个牵引单元集群相互协作组成一种仿肌肉牵引组织。可方便的应用在类人机器人或其它类四肢动物机械技术领域当中。起到模仿动物肌肉组织伸缩运动的功能，在仿真机器人上方便使用，使类人机器人或类其它四肢动物机械的活动更加灵活和自如。与现有技术相比，填补了现有技术中没有电动仿肌肉牵引的动力装置，本发明可以通过牵引单元的通断方式，方便的增加和减少对外负载的合力，进行千变万化的组合，应用在全仿真机器人中，使得控制程序简化易编程。在线驱动和直线牵引领域可以简单的改变使用牵引单元的数量方便的应用于各种机械牵引中，甚至可以在需要大牵引力的领域应用。在需要分段行程控制的机械和传动领域也可控制牵引单元的通断数量，控制各种不同的行程，方便的实现此领域应用。由于采用单元化的设计理念，在工业生产中便于标准化生产制造，可大幅度降低机器人制造成本，在工业设备的生产制造中也可大幅降低在机械动力牵引中的设计和制造成本。

附图说明

图1是本发明牵引单元处于牵引收缩状态的纵向剖视结构示意图；

图2是本发明牵引单元的横向剖视结构示意图；

图3是本发明牵引单元舒张状态的外观结构示意图；

图4是本发明牵引单元牵引收缩状态的外观结构示意图

图5是本发明一定数量的牵引单元连接构成的一种仿肌肉牵引组织的示意图。

具体实施方式

一种电动仿肌肉牵引组织，下面是结合附图对本发明进一步说明。如图1至图5所示，电动机1、齿轮组2、壳体3、电池组模块8和舒张弹簧5构成牵引单元，在牵引单元9壳体3内，有连接齿轮组2和卷绕轴7。牵引绳4由卷绕轴7上的轴孔6穿过卷绕轴7，同时固接在卷绕轴7上。舒张弹簧5固定在壳体3上。电池组模块8与电动机1对称布置在壳体3内部保持重心平衡。当电动机1通电后产生的旋转扭矩，通过齿轮组2改变转速和扭矩，把动能传到给卷绕轴7上，卷绕轴7转动，固接在卷绕轴7上的牵引绳4，在卷绕轴7的转动过程中牵引绳4从两个方向卷绕到卷绕轴，使得牵引绳4两头向内收缩，同时压迫舒张弹簧收缩。对外输出两端向内的双向牵引力。使牵引单元的外型由图3外观变化成图4外观。当电动机1反向旋转时。通过齿轮组2传动，卷绕轴7反向旋转，在此过程中，在舒张弹簧5的反弹拉伸作用下，牵引绳4反向舒张恢复，使牵引单元由图4的牵引收缩状态恢复到初始的舒张状态图3，完成一个动作的周期。电动机1的电源供给可由外接引线接入电源或由电池组模块8供电，电池组模块8使用充电电池采用无线控制和无线充电技术。电源的连接可使用并联也可使用串联，由控制需要决定。

每个上述牵引单元首、尾连接成串链，即相邻牵引单元通过牵引绳4连接构成仿肌肉牵引串链；由仿肌肉牵引单元构成的仿肌肉牵引串链，相配合交错排列构成一种电动仿肌肉牵引组织，见图5所示是一定数量的牵引单元相互连接的状态。一种电动仿肌肉牵引组织的外表可使用柔韧性好的人造仿生软体材料包覆，使之结构更紧凑，相互不离散。在外覆软体仿生材料的包覆下，就可以模仿出类似动物肌肉组织的仿生肌肉。

综上所述，一种电动仿肌肉牵引组织的制造方法，其采用了由固定在牵引轴上的牵引绳，在牵引轴的转动下实现双向收缩卷绕，产生双向收缩的直线牵引力，并制造成基础的牵引单元，通过牵引单元集群的方式相互协作组成一种电动仿肌肉牵引组织。本发明结合仿生技术、机械、电子控制、等相关方面领域的发展现状，采用单元化的设计能够较方便的批量生产制造。利用现代高新微机电和微加工技术，最终能做成极微小的尺寸，通过集群和模块化的系统生产，一定数量的仿肌肉牵引单元连接起来，就会产生像生物肌肉运动一样的线运动行程，将这些机械式仿肌肉牵引组织，附着在如类人机器人或其它类四肢动物机械的骨骼或骨架上，就可以使类人机器人或其它类四肢动物机械灵活自如的运动。最终实现全仿真机器人的制造。

本发明是运用仿生理念，通过单元设计的方式，利用牵引绳在缠绕轴上的双向缠绕产生的双向收缩运动。运用牵引单元数量叠加的方式，利用现有电动机和齿轮变速装置改变转速扭力。是可以模仿生物肌肉运动的牵引收缩装置。利用电机的正反转和通断电来实现收缩和舒张的功能。在电动机的牵引力不够的情况下还可以使用电机与主轴垂直的蜗轮蜗杆传动机构。在电机牵引力足够的情况下，在牵引单元中也可以取消齿轮组装置，直接由电机驱动，这样可以更方便的控制启停。为保证牵引单元平衡可使用两边对称布置的同轴电动机驱动。随者技术的不断发展在牵引单元的剩余空间布置电池组和无线控制接收系统和无线充电系统。本发明在使用中对应各种环境和场所的应用不需要针对不同领域做专业设计，只需通过改变组织装置中牵引单元的数量，就可以满足各种环境所需的牵引速度、牵引力和所需的牵引行程。甚至在大型的牵引驱动领域也可以实现以牵引单元的集群来增加合力的模式，拖动巨大的物体。

本发明的智能控制方式是这样实现的：由于采用单元设计，运动行程的大小精度是通过改变每个牵引单元的行程实现精度控制，牵引的速度和牵引力的大小由牵引单元的总数量决定，因而控制的方法就是控制每个牵引单元的通断，也就是通常意义上的0和1的计算机控制理念，可以方便的和计算机通讯，并扩展到各个领域。一种电动仿肌肉牵引组织的每一个动作，就是控制不同位置上、不同数量的牵引单元通断，来实现每个运动行程和位移。在用于机器人手臂时，手臂上的电动仿肌肉牵引组织，可以在手臂的正反面阴阳对称布置，就可产生仿生物运动的效果。对使用本发明的机器手臂的运动控制不需大量而繁琐的编程，就如同电视图像的采集和播放。我们只要对所有运动结果的空间位置进行采集，并存入计算机数据库，在需要的时候只要调用数据库中的对应位置信息，对应的通断控制相应位置上牵引单元数量，借助支撑骨骼的杠杆作用，就可完成对应空间动作，实现机器人各种动作的控制和实施。

一种仿肌肉牵引组织表现出比例恒定的属性，对于各种尺寸大小的仿肌肉牵引组织，其机理都一样，相同的仿肌肉牵引组织，如果其牵引单元的数量能大幅增加，将赋予牵引装置非常大的伸缩力量。本发明可作为一种革新的机电组织大范围应用于各种生产技术领域。

Claims (7)

1.一种电动仿肌肉牵引组织，其特征是：由基本牵引单元(9)和牵引绳（4）连接成一种电动仿肌肉牵引组织；牵引单元由电动机（1）、齿轮组（2）、壳体(3)和舒张弹簧(5)构成，通过牵引单元(9)壳体（3）内电动机(1)和齿轮组(2)的扭矩变换，由卷绕轴(7)转动，通过固定在主卷绕轴(7)上牵引绳(4)实现双向收缩卷绕，产生双向收缩的直线牵引力，同时压迫舒张弹簧收缩，当电动机(1)反向旋转时，通过齿轮组(2)传动，卷绕轴(7)反向旋转；在此过程中，在舒张弹簧(5)的反弹拉伸作用下，牵引绳(4)反向舒张恢复，使牵引单元的牵引收缩状态恢复到初始的舒张状态，完成一个动作的周期，使多个牵引单元集群相互协作组成一种电动仿肌肉牵引组织。

2.一种电动仿肌肉牵引组织的制造方法，其采用了如权利要求1所述：由固定在牵引轴上的牵引绳，在牵引轴的转动下实现双向收缩卷绕，产生双向收缩的直线牵引力，并制造成基础的牵引单元，通过牵引单元集群的方式相互协作组成一种电动仿肌肉牵引组织。

3.根据权利要求1所述的一种电动仿肌肉牵引组织，其特征是：一个牵引单元的一端与另一个牵引单元的另一端通过牵引绳索相连接，形成长串链结构，通过一定数量的牵引单元连接，由牵引绳索形成的长串链结构叠加在一起，形成一种电动仿肌肉收缩组织。

4.根据权利要求1所述的一种电动仿肌肉牵引组织，其特征是：在线驱动和直线牵引领域可以简单的改变使用牵引单元的数量方便的应用于各种机械牵引中。

5.根据权利要求1所述的一种电动仿肌肉牵引组织，其特征是：一种电动仿肌肉牵引组织的每一个动作控制，通过对所有运动结果的空间位置进行采集，并存入计算机数据库，在需要的时候只要调用数据库中的对应位置信息，对应的通断控制相应位置上牵引单元数量和通断电时间，借助支撑骨骼的杠杆作用，就可完成对应空间动作，实现机器人各种动作的控制和实施。

6.根据权利要求1所述的一种电动仿肌肉牵引组织，其特征是：每个牵引单元都可以由自身内部牵引力的作用下，对自身单元进行拉动并使自身产生牵引位移。

7.根据权利要求1所述的一种电动仿肌肉牵引组织，其特征是：在牵引单元中也可以取消齿轮组装置，直接由电机驱动，这样可以更方便的控制启停。