CN108247674A - 单气动人工肌肉混合驱动关节 - Google Patents

单气动人工肌肉混合驱动关节 Download PDF

Info

Publication number
CN108247674A
CN108247674A CN201810287375.9A CN201810287375A CN108247674A CN 108247674 A CN108247674 A CN 108247674A CN 201810287375 A CN201810287375 A CN 201810287375A CN 108247674 A CN108247674 A CN 108247674A
Authority
CN
China
Prior art keywords
artificial muscle
spur gear
pneumatic artificial
servo motor
fixed stand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810287375.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108247674B (zh
Inventor
刘振忠
刘高领
王巨涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Technology
Original Assignee
Tianjin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Technology filed Critical Tianjin University of Technology
Priority to CN201810287375.9A priority Critical patent/CN108247674B/zh
Publication of CN108247674A publication Critical patent/CN108247674A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108247674B publication Critical patent/CN108247674B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0241—One-dimensional joints

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种单气动人工肌肉混合驱动关节，包括由气动人工肌肉和半直齿轮构成的气动人工肌肉驱动机构，由伺服电机和安装在所述伺服电机输出轴上的半伞齿轮构成的伺服电机驱动机构，以及由转动轴、与所述半直齿轮啮合的直齿轮和与所述半伞齿轮啮合的伞齿轮构成动力输出机构，气动人工肌肉和伺服电机分别通过半直齿轮与直齿轮之间以及半伞齿轮与小伞齿轮之间的啮合传动将驱动力同时传输到转动轴，从而通过转动轴的转动输出端输出相应的动作；该将气动人工肌肉材料轻质、载荷大、柔性好等优势与伺服电机的精度高、动作响应快等优势进行融合，实现在驱动的过程中二者以相互补偿的方式做出精确的柔顺控制。

Description

单气动人工肌肉混合驱动关节
技术领域
本发明涉及仿生机器人技术领域，特别涉及一种单气动人工肌肉混合驱动关节。
背景技术
二十一世纪人类将进入老龄化社会，发展“仿生机器人”不仅能够弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题，同时可以开辟新的产业，创造新的就业机会。近些年，随着科技的快速发展，仿生机器人领域的发展也相应取得了突飞猛进的进展，随着对仿生机器人的要求也越来越高。仿生机器人的仿生运动是否能够具有优良的特性，更多取决于各个驱动关节的性能。因而，随着仿生机器人领域的发展，对仿生机器人驱动关节结构的设计也相应的提出了更高的要求。
在目前的仿生机器人领域中，它们的运动驱动方式大多数还是以电机驱动为主，少部分使用人工肌肉的驱动方式驱动。使用电机驱动的方式优点是控制上相对人工肌肉简单精确，但由于电机是刚性部件，不能够准确的表示仿生机器人的各种柔顺特性，所以电机驱动的方式普遍存在仿生效果相对较差，自身重量相对较高的问题。而单纯的人工肌肉驱动在驱动方式上普遍能够有具有良好的仿生特性、柔顺性，自重低等优点，但是其在控制上又普遍存在精确度低，不易控制等缺点。因此从通过改变传统仿生机器人驱动关节的单一驱动方式从而达到提高仿生机器人驱动关节性能的手段是改进上述技术缺陷的一种思路。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过改变传统仿生机器人驱动关节的单一驱动方式，从而达到提高仿生机器人驱动关节性能的目的的单气动人工肌肉混合驱动关节。
为此，本发明技术方案如下：
一种单气动人工肌肉混合驱动关节，包括设置在一支架组件内的气动人工肌肉驱动机构、伺服电机驱动机构和动力输出机构；其中，所述支架组件包括外固定架、位于所述外固定架内侧的内固定架以及设置在所述内固定架内侧的L形连接架；所述气动人工肌肉驱动机构包括气动人工肌肉和半直齿轮；所述气动人工肌肉和所述半直齿轮水平设置在所述L形连接架的下侧和上侧；所述气动人工肌肉的充放气端和伸缩端分别固定在所述内固定架的侧板上和所述L形连接架的竖板上；所述半直齿轮分别与所述内固定架和所述L形连接架的横板转动连接；所述伺服电机驱动机构包括固定在所述内固定架上的伺服电机和安装在所述伺服电机输出轴上的半伞齿轮；所述动力输出机构包括转动轴、与所述半直齿轮啮合的直齿轮，以及与所述半伞齿轮啮合的伞齿轮；所述直齿轮和所述伞齿轮分别固定在所述转动轴的两端，所述转动轴竖直设置且两端与所述外固定架转动连接。
进一步地，所述内固定架的侧板上和所述L形连接架的竖板上各开设有一径向通孔；所述气动人工肌肉的充放气端插装在所述内固定架侧板上的径向通孔内并通过穿装在所述充放气端的且位于所述内固定架侧板两侧的内螺母和外螺母固定在所述内固定架上；所述气动人工肌肉的伸缩端插装在所述L形连接架竖板上的径向通孔内并通过穿装在所述伸缩端的且位于所述L形连接架竖板两侧的内螺母和外螺母固定在所述L形连接架上。
进一步地，在所述半直齿轮和所述内固定架上各开设有一个内设有滚动轴承的轴向通孔，使所述半直齿轮和所述内固定架之间通过插装在两个滚动轴承内的销轴形成转动连接；在所述半直齿轮和所述L形连接架的横板上各开设有一个内设有滚动轴承的轴向通孔，使所述半直齿轮和所述L形连接架的横板之间通过插装在两个滚动轴承内的销轴形成转动连接。
进一步地，所述转动轴竖直设置且，在所述外固定架的顶板和底板上各开设有一个内设有滚动轴承的轴向通孔，使所述转动轴通过将其两端端部分别插装在两个滚动轴承内与所述外固定架形成转动连接。
更进一步地，所述滚动轴承采用塑料自润滑轴承，实现减小运动摩擦力，提高关节的灵活性，减轻关节结构重量的目的。
进一步地，所述动力输出机构还包括动作输出轴；所述动作输出轴两端设有内径与所述转动轴外径相适应的弧形凹槽，使所述动作输出轴的端部能够可拆卸设置在所述转动轴的侧壁上。
该单气动人工肌肉混合驱动关节采用气动人工肌肉驱动机构和伺服电机驱动机构混合驱动方式作用于动力输出机构进行驱动，将气动人工肌肉材料轻质、载荷大、柔性好等优势与伺服电机的精度高、动作响应快等优势进行融合，实现在驱动的过程中二者以相互补偿的方式做出精确的柔顺控制，其相对于单一驱动机构具有承载能力更大、驱动精度更高、动作更平滑等良好的仿生特点。
附图说明
图1为本发明的单气动人工肌肉混合驱动关节的结构示意图；
图2为本发明的单气动人工肌肉混合驱动关节的正视图；
图3为本发明的单气动人工肌肉混合驱动关节的气动人工肌肉驱动机构与动力输出机构的连接结构示意图；
图4为本发明的单气动人工肌肉混合驱动关节的伺服电机驱动机构与动力输出机构的连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1～2所示，该单气动人工肌肉混合驱动关节包括设置在一个支架组件内的气动人工肌肉驱动机构、伺服电机驱动机构和动力输出机构。
支架组件包括外固定架1、内固定架2和L形连接架9；具体地，外固定架1和内固定架2均为U形，其中，外固定架1开口朝向右侧设置，内固定架2开口朝向下方设置且位于外固定架1内；L形连接架9由横板和竖板构成并设置在内固定架2内。
如图3所示，气动人工肌肉驱动机构包括气动人工肌肉3和半直齿轮13；具体地，气动人工肌肉3和和半直齿轮13水平设置，且分别位于L形连接架9的上侧和下侧；在内固定架2的左侧侧板上和L形连接架9的竖板上各开设有一径向通孔，使气动人工肌肉3的伸缩端端部插装在内固定架2左侧侧板上的径向通孔内并通过穿装在充放气端的且位于内固定架2侧板两侧的内螺母5和外螺母4固定在内固定架2上；而充放气端端部插装在L形连接架9竖板上的径向通孔内并通过穿装在伸缩端的且位于L形连接架9竖板两侧的内螺母5和外螺母4固定在L形连接架9上；
内固定架2的顶板位于半直齿轮13和L形连接架9的横板之间；在半直齿轮13和内固定架2上各开设有一个内设有塑料自润滑轴承的轴向通孔，使半直齿轮13和内固定架2之间通过插装在两个塑料自润滑轴承内的销轴形成转动连接，构成转动副；在半直齿轮13和L形连接架9的横板上各开设有一个内设有塑料自润滑轴承的轴向通孔，使半直齿轮13和L形连接架9的横板之间通过插装在两个塑料自润滑轴承内的销轴形成转动连接，构成转动副。
如图4所示，伺服电机驱动机构包括伺服电机6和半伞齿轮14；具体地，伺服电机6通过四个固定螺钉11固定在内固定架2右侧侧板上；半伞齿轮14插装并固定在伺服电机6的输出轴上。
其中，L形连接架9的竖板与内固定架2的右侧侧板之间留有一段间隔距离，该间隔距离满足气动人工肌肉3伸缩端所需的伸缩空间。
如图1～4所示，动力输出机构包括转动轴10、直齿轮7，伞齿轮12和动作输出轴8；具体地，直齿轮7和伞齿轮12分别穿装并固定在转动轴10两端，且转动轴10竖直设置，使直齿轮7与半直齿轮13啮合，伞齿轮1与半伞齿轮14啮合；另外，在外固定架1的顶板和底板上各开设有一个内设有塑料自润滑轴承的轴向通孔，使转动轴10通过将两端分别插装并固定在两个塑料自润滑轴承的内侧通孔中，实现转动轴10分别与外固定架1的顶板和底板形成转动连接；
动作输出轴8为连接部件，其用于将该关节机构与其它部件连接，向其他部件传递该关节机构做出的动作，为根据需要便于拆装，该动作输出轴8的两端设有内径与转动轴10的外径相适应的弧形凹槽，使动作输出轴8的端部能够通过弧形凹槽扣在转动轴10的外侧侧壁上，实现动作传送。
该单气动人工肌肉混合驱动关节采用气动人工肌肉驱动机构和伺服电机驱动机构混合驱动方式作用于动力输出机构以相互补偿的方式实现驱动；其中，
对于气动人工肌肉驱动机构来说，当通过充放气端给气动人工肌肉3充气时，气动人工肌肉3发生形变伸长，L形连接架9随着气动人工肌肉3的伸长而向右侧移动，带动半直齿轮13围绕中心轴作逆时针转动，半直齿轮13作用与之啮合的直齿轮7上从而带动转动轴10发生顺时针转动，动作输出轴8做出相应顺时针转动；同理，当气动人工肌肉3放气时，气动人工肌肉3发生形变缩短，上述各项运动方向相反，动作输出轴8随转动轴10发生逆时针转动；
与此同时，对于伺服电机驱动机构来说，通过对伺服电机6的正向转动和反向转动进行控制，带动半伞齿轮14做出正向转动和反向转动，由于半伞齿轮14与伞齿轮12啮合，伞齿轮12也随之带动转动轴10做出正转和反转的运动，相应地，动作输出轴8做出相同方向的转动。

Claims (6)

1.一种单气动人工肌肉混合驱动关节，其特征在于，包括设置在一支架组件内的气动人工肌肉驱动机构、伺服电机驱动机构和动力输出机构；其中，
所述支架组件包括外固定架(1)、位于所述外固定架(1)内侧的内固定架(2)以及设置在所述内固定架(2)内侧的L形连接架(9)；
所述气动人工肌肉驱动机构包括气动人工肌肉(3)和半直齿轮(13)；所述气动人工肌肉(3)和所述半直齿轮(13)水平设置在所述L形连接架的下侧和上侧；所述气动人工肌肉(3)的充放气端和伸缩端分别固定在所述内固定架(2)的侧板上和所述L形连接架(9)的竖板上；所述半直齿轮(13)分别与所述内固定架(2)和所述L形连接架(9)的横板转动连接；
所述伺服电机驱动机构包括固定在所述内固定架(2)上的伺服电机(6)和安装在所述伺服电机(6)输出轴上的半伞齿轮(14)；
所述动力输出机构包括转动轴(10)、与所述半直齿轮(13)啮合的直齿轮(7)，以及与所述半伞齿轮(14)啮合的伞齿轮(12)；所述直齿轮(7)和所述伞齿轮(12)分别固定在所述转动轴(10)的两端，所述转动轴(10)竖直设置且两端与所述外固定架(1)转动连接。
2.根据权利要求1所述的单气动人工肌肉混合驱动关节，其特征在于，所述内固定架(2)的侧板上和所述L形连接架(9)的竖板上各开设有一径向通孔；所述气动人工肌肉(3)的充放气端插装在所述内固定架(2)侧板上的径向通孔内并通过穿装在所述充放气端的且位于所述内固定架(2)侧板两侧的内螺母(5)和外螺母(4)固定在所述内固定架(2)上；所述气动人工肌肉(3)的伸缩端插装在所述L形连接架(9)竖板上的径向通孔内并通过穿装在所述伸缩端的且位于所述L形连接架(9)竖板两侧的内螺母(5)和外螺母(4)固定在所述L形连接架(9)上。
3.根据权利要求1所述的单气动人工肌肉混合驱动关节，其特征在于，在所述半直齿轮(13)和所述内固定架(2)上各开设有一个内设有滚动轴承的轴向通孔，使所述半直齿轮(13)和所述内固定架(2)之间通过插装在两个滚动轴承内的销轴形成转动连接；在所述半直齿轮(13)和所述L形连接架(9)的横板上各开设有一个内设有滚动轴承的轴向通孔，使所述半直齿轮(13)和所述L形连接架(9)的横板之间通过插装在两个滚动轴承内的销轴形成转动连接。
4.根据权利要求1所述的单气动人工肌肉混合驱动关节，其特征在于，所述转动轴(10)竖直设置且，在所述外固定架(1)的顶板和底板上各开设有一个内设有滚动轴承的轴向通孔，使所述转动轴(10)通过将两端端部分别插装在两个滚动轴承内与所述外固定架(1)形成转动连接。
5.根据权利要求3或4所述的单气动人工肌肉混合驱动关节，其特征在于，所述滚动轴承采用塑料自润滑轴承。
6.根据权利要求1所述的单气动人工肌肉混合驱动关节，其特征在于，所述动力输出机构还包括动作输出轴(8)；所述动作输出轴(8)两端设有内径与所述转动轴(10)外径相适应的弧形凹槽，使所述动作输出轴(8)的端部能够可拆卸设置在所述转动轴(10)的侧壁上。
CN201810287375.9A 2018-03-30 2018-03-30 单气动人工肌肉混合驱动关节 Active CN108247674B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810287375.9A CN108247674B (zh) 2018-03-30 2018-03-30 单气动人工肌肉混合驱动关节

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810287375.9A CN108247674B (zh) 2018-03-30 2018-03-30 单气动人工肌肉混合驱动关节

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108247674A true CN108247674A (zh) 2018-07-06
CN108247674B CN108247674B (zh) 2023-10-20

Family

ID=62747964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810287375.9A Active CN108247674B (zh) 2018-03-30 2018-03-30 单气动人工肌肉混合驱动关节

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108247674B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101537621A (zh) * 2009-04-16 2009-09-23 北京理工大学 气动混联机构的三自由度运动模拟器
CN101870111A (zh) * 2010-04-28 2010-10-27 青岛恩威机器人科技有限公司 机器人的关节驱动装置
CN102189556A (zh) * 2011-05-18 2011-09-21 中国计量学院 带缓冲弹簧和柔性轴套的气动肌肉柔顺肘关节装置
DE102010003697A1 (de) * 2010-04-07 2011-10-13 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben
CN205928714U (zh) * 2016-07-11 2017-02-08 燕山大学 一种机器人旋转关节驱动模块
KR20170030269A (ko) * 2015-09-09 2017-03-17 재단법인대구경북과학기술원 근력 보조기
CN107442990A (zh) * 2017-08-21 2017-12-08 天津理工大学 一种柔性焊接定位夹紧装置
CN208147889U (zh) * 2018-03-30 2018-11-27 天津理工大学 单气动人工肌肉混合驱动关节

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101537621A (zh) * 2009-04-16 2009-09-23 北京理工大学 气动混联机构的三自由度运动模拟器
DE102010003697A1 (de) * 2010-04-07 2011-10-13 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben
CN101870111A (zh) * 2010-04-28 2010-10-27 青岛恩威机器人科技有限公司 机器人的关节驱动装置
CN102189556A (zh) * 2011-05-18 2011-09-21 中国计量学院 带缓冲弹簧和柔性轴套的气动肌肉柔顺肘关节装置
KR20170030269A (ko) * 2015-09-09 2017-03-17 재단법인대구경북과학기술원 근력 보조기
CN205928714U (zh) * 2016-07-11 2017-02-08 燕山大学 一种机器人旋转关节驱动模块
CN107442990A (zh) * 2017-08-21 2017-12-08 天津理工大学 一种柔性焊接定位夹紧装置
CN208147889U (zh) * 2018-03-30 2018-11-27 天津理工大学 单气动人工肌肉混合驱动关节

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG NINGBO; LIU ZHENZHONG; ZHANG KUN; WANG LULU: "Edge extraction method based on graph theory" *
杨玉维等: "《基于多体动力学的轮式悬架移动刚- 柔并联机械手动力学性能研究》" *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108247674B (zh) 2023-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN208147889U (zh) 单气动人工肌肉混合驱动关节
CN109087557A (zh) 一种信息工程教学专用展示装置
CN206066485U (zh) 一种渐开线球齿轮机械关节
CN101966870A (zh) 一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构
EP3974043A1 (en) Deformation robot
CN108247674A (zh) 单气动人工肌肉混合驱动关节
CN110107659A (zh) 换向机构、阻力系统及机械设备
CN110979505B (zh) 髋关节结构及类人形机器人
CN117064710A (zh) 可调宽度的揉捏驱动机构
CN208660292U (zh) 全向自旋发球机
US20140375022A1 (en) Wheelbase for movable structure
TWI428217B (zh) 並聯機構
CN105538337A (zh) 一种高精度钢丝绳垂直传动关节
CN108379046A (zh) 一种多维度按摩机芯
CN205437479U (zh) 超声波焊接机及其升降装置
CN113437830A (zh) 一种省力的驱动机构
CN112336552A (zh) 一种旋转偏置驱动机构
CN113057856A (zh) 一种套筒式往复传动装置
CN108356848B (zh) 气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节
CN208931423U (zh) 一种长度可调的汽车转向节
CN220917724U (zh) 按摩机构
CN215341644U (zh) 一种空气流量传感器教具
CN210650683U (zh) 一种机器人手臂驱动装置及双臂机器人
CN214910063U (zh) 一种套筒式往复传动装置
CN209730977U (zh) 一种直线推杆电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant