CN110193821A - 一种磁力动力源牵引模块及人工关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁力动力源牵引模块，包括第一磁块和第二磁块，第一磁块和第二磁块的其中之一为电磁体或永磁体，第一磁块和第二磁块另外之一为电磁体，第一磁块和第二磁块的相同的磁极相对设置，第一磁块与第二磁块限位连接，使得第一磁块与第二磁块可沿磁斥力的方向相互远离。本技术方案的有益效果是：磁斥力具有柔性，且两个第一磁块和第二磁块相互靠近或远离的时候，均不会存在力的突变，非常适用于作为人工关节的驱动控制装置，而使用时，可将第一磁块和第二磁块分别与关节上的第一骨骼和第二骨骼连接，从而实现让关节的运动非常的柔性。本发明还公开一种利用磁力动力源牵引模块实现牵引的人工关节。本发明用于人工仿生设备。

Description

一种磁力动力源牵引模块及人工关节

技术领域

本发明涉及人工仿生技术领域，特别涉及一种磁力动力源牵引模块及人工关节。

背景技术

仿生技术在各行各业中都有举足轻重的地位，尤其是关节的运动的仿生技术，关节的双向摆动运动虽然看似非常的简单，但是现有技术中的让关节工作的驱动控制装置要么体积非常的大、要么输出功率小，而且都不能实现柔性，这就导致关节双向摆动的过程中必然存在着停滞，导致现有的仿生机器人动作非常的生硬、关节双向摆动的缓慢。

所以，关节驱动控制装置的柔性输出是解决仿生机器人动作生硬、关节双向摆动的缓慢的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够输出柔性力的磁力动力源牵引模块。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种磁力动力源牵引模块，包括第一磁块和第二磁块，第一磁块和第二磁块的其中之一为电磁体或永磁体，第一磁块和第二磁块另外之一为电磁体，第一磁块和第二磁块的相同的磁极相对设置，第一磁块与第二磁块限位连接，使得第一磁块与第二磁块可沿磁斥力的方向相互远离。

本技术方案的有益效果是：磁斥力具有柔性，且两个第一磁块和第二磁块相互靠近或远离的时候，均不会存在力的突变，非常适用于作为人工关节的驱动控制装置，而使用时，可将第一磁块和第二磁块分别与关节上的第一骨骼和第二骨骼连接，从而实现让关节的运动非常的柔性。

作为上述方案的进一步改进，本技术还包括导向体，导向体与第二磁块相对固定连接，导向体与第一磁块连接，第一磁块可沿导向体的延伸方向移动。

本技术方案的有益效果是：导向体的设置可有效地实现第一磁块连接、第二磁块的定向移动。

作为上述方案的进一步改进，导向体为导向套，所述第一磁块和第二磁块均设在导向体内。

本技术方案的有益效果是：这样的设置能有效地对第一磁块和第二磁块进行保护并实现导向。

作为上述方案的进一步改进，导向体的套腔内设有限位部，第一磁块设在限位部与第二磁块之间。

本技术方案的有益效果是：这样能有效防止第一磁块脱出导向套。

作为上述方案的进一步改进，第一磁块和/或第二磁块上设有牵引部，牵引部上连接有柔性牵引器，所述柔性牵引器为柔性条状构件。

本技术方案的有益效果是：柔性牵引器的设置可便于第一磁块和/或第二磁块连接人工关节上的第一骨骼、第二骨骼。

一种人工关节，包括两个上述的磁力动力源牵引模块，还包括用前后延伸的铰接轴连接在一起的第一骨骼、第二骨骼；

同一个磁力动力源牵引模块内的第一磁块、第二磁块的其中之一与第一骨骼用柔性牵引器连接，同一个磁力动力源牵引模块内的第一磁块、第二磁块的另外之一与第二骨骼固定连接或用柔性牵引器连接；

两个磁力动力源牵引模块上的柔性牵引器分别让第二骨骼绕铰接轴进行逆时针旋转牵引和顺时针旋转牵引。

本技术方案的有益效果是：两个磁力动力源牵引模块分别驱动第二骨骼绕铰接轴进行逆时针旋转或顺时针旋转，这样就实现了关节的最基本的功能。

作为上述方案的进一步改进，铰接轴或第一骨骼或第二骨骼上设有阻止柔性牵引器跨越铰接轴的阻挡块或导向槽或导向孔。

本技术方案的有益效果是：阻挡块或导向槽的设置能有效地将用于牵引第二骨骼进行顺时针、逆时针旋转的柔性牵引器进行隔离。

作为上述方案的进一步改进，其中一个磁力动力源牵引模块的第二磁块与第二骨骼的外侧面固定连接，

或，

两个磁力动力源牵引模块的第二磁块均与第二骨骼的外侧面固定连接。

本技术方案的有益效果是：这样的结构与人体骨骼、肌肉的位置布设相同，为内骨骼结构，这样便于对磁力动力源牵引模块进行维护。

作为上述方案的进一步改进，第二骨骼内设有安装腔，至少一个磁力动力源牵引模块设在所述安装腔内；

设在安装腔内的磁力动力源牵引模块：

其第二磁块与第二骨骼固定连接，其第一磁块上连接有柔性牵引器，其第一磁块上的柔性牵引器从安装腔穿出后与第一骨骼连接。

本技术方案的有益效果是：这样的关节为外骨骼关节，能有效避免磁力动力源牵引模块受损。

作为上述方案的进一步改进，第一骨骼上设有用于与第二骨骼抵接的限位块，第一骨骼的转动角度第二骨骼受限于限位块。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明实施例的磁力动力源牵引模块的结构示意图；

图2是本发明人工关节的一个实施例的结构示意图；

图3是本发明人工关节的另一个实施例的结构示意图；

图4是本发明人工关节的再一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1和图2，这是本发明的人工关节的实施例，具体地：

第一骨骼41与第二骨骼42用铰接轴7连接，让第一骨骼41与第二骨骼42之间可绕铰接轴7连接，第二骨骼42可相当于人体的肱骨，图示中的第二骨骼42呈左右方向延伸，而第一骨骼往右上方延伸，而第一骨骼41上设有的往左下方延伸的限位块8，所述限位块8相当于人体骨骼上的鹰嘴，限位块可限制第一骨骼往下转动的角度，同时，可以让如图的第一骨骼顺时针转动到极限位置时，也即限位块与第二骨骼相互抵接时，磁力动力源牵引模块可不用通电就能保持姿态，大大节约能源，而第二骨骼的上侧和下侧分别设有一个磁力动力源牵引模块，所述磁力动力源牵引模块包括第一磁块1和第二磁块2，第二磁块2为电磁体，第一磁块1为永磁体，第一磁块1和第二磁块2的相同的磁极相对设置，从而令第二磁块2在通电状体下与第一磁块1之间存在磁斥力，当然，也可以让第一磁块1为电磁体，而第二磁块2为永磁体，也可以让第一磁块1和第二磁块2均为电磁体，只要让第一磁块与第二磁块能可产生磁斥力大小受控于电流大小即可，第一磁块1与第二磁块2限位连接，使得第一磁块1与第二磁块2可沿磁斥力的方向相互远离，本实施例的第二磁块2上固定设有导向体3，图示的导向体为套装的导向套，其实现了第一磁块1与第二磁块2的限位连接，同时作为一个套体，它至少还有保护第一磁块1和第二磁块2的作用。本实施例中，位于上侧的导向体与第二骨骼固定连接，而第二磁块与导向体固定连接，这样，作为电磁体的第二磁块通电后，对第一磁块产生的斥力，而第一磁块上连接有柔性牵引器5，本实施例的柔性牵引器5为绳状构件，柔性牵引器5作为一个柔性构件，其两端能很方便地分别与第二骨骼、第一磁块1连接，第一磁块与第二磁块的相互远离会让第二骨骼逆时针转动，为了固定导向体，位于上侧的导向体的左侧穿有销钉9，销钉9穿过导向套的套腔与第二骨骼固定连接，第一磁块位于销钉9与第二磁块之间，这样销钉9位于导向套的套腔内的部分可作为防止第一磁块脱离导向体的限位部31，而销钉伸出导向套并与第二骨骼连接的部分称作连接部32，为了避免干涉，图1、2的第一磁块和第二磁块整体呈环状，第一磁块的左侧设有卡接部件91，卡接部件91不能穿过第一磁块，柔性牵引器的左端与卡接部件连接，然后柔性牵引器依次穿过第一磁块、第二磁块的中部的孔后与第一骨骼连接，这样的结构能减少保护柔性牵引器的外露长度。

位于第二骨骼下方的磁力动力源牵引模块也具有销钉，但是这个位于第二骨骼下方的销钉也用绳状的柔性牵引器与第二骨骼连接，这样的结构可让位于第二骨骼下方的磁力动力源牵引模块更像人体的肌肉，在外力的作用下可发生前后方向的移动，该结构设置能保护该磁力动力源牵引模块受到冲击时直接承受所有的冲击力。

在两个磁力动力源牵引模块的一张一紧，便可模拟肌肉的收缩或放松，而且磁斥力的受电流控制，用数字控制开关来对电流的通断控制，可让第一骨骼能实现快速的顺时针和逆时针的转换，中间无停顿过程，动作切换非常的块，且具有柔性，磁斥力的大小也可以通过电流大小来控制，而第一骨骼转动的角度可以通过检测柔性牵引器或第一磁块的移动量来实现，也可以在第一骨骼和第二骨骼之间设置用于测量转角的编码器，以直接测量第一骨骼和第二骨骼之间的转动角度。工作过程中，可以让两个磁力动力源牵引模块的其中之不通电，而另外之一通电，这样可以实现第一骨骼单向快速运动的状态，而当两个磁力动力源牵引模块其中一个斥力大于另外一个，可实现第一骨骼单向缓慢运动状态，而当两个磁力动力源牵引模块的斥力相等时，可实现第一骨骼与第二骨骼所成的夹角恒定。由于本实施例具有限位块8，当第一骨骼横向平伸后，两个磁力控制模块均不用通电，第一骨骼与第二骨骼的夹角也是恒定的。

本实施了的第一骨骼上还设有阻挡块71，阻挡块可避免柔性牵引器越过铰接轴的轴线，这样能保障上侧的磁力动力源牵引模块仅能驱动第一骨骼逆时针转动，而下侧的磁力动力源牵引模块仅能驱动第一骨骼顺时针转动。

参照图3，这是一个外骨骼人工关节示意图，两个磁力动力源牵引模块均设在第二骨骼的安装腔6内，两个磁力动力源牵引模块的第二磁块用导向套固定在安装腔内，而两个磁力动力源牵引模块的柔性牵引器分别从上方、下方穿过安装腔的腔壁后与第一骨骼连接，这样能很好地保护两个磁力动力源牵引模块，而图3的限位块为第一骨骼平放状态下的左端面的下侧的部分，限位块与第二骨骼的右侧端面抵接，这样的结构更为简单，而铰接轴的外周面上设有导向槽72，如图示的位于左侧的磁力动力源牵引模块的柔性牵引器控制第一骨骼顺时针旋转，而位于右侧磁力动力源牵引模块控制第一骨骼逆时针旋转，当第一骨骼顺时针转动时，位于左侧的磁力动力源牵引模块上的柔性牵引器会落入到导向槽内，导向槽就能防止左侧的磁力动力源牵引模块上的柔性牵引器脱出，同样地，图示的环状的导向槽也能在第一骨骼逆时针转动的时候位于右侧的磁力动力源牵引模块上的柔性牵引器也会落入到导向槽内，并起到限位的效果，保障本实施例能持续正常工作。

本发明的磁力动力源牵引模块不仅仅能用于人工关节上，只要做适当的配置，即可用于其他伸缩机构上，本发明的磁力动力源牵引模块实质就是一种人工肌肉，其实现了肌肉的功能，并很好地还原了肌肉的工作状态。

参照图4，这是本发明的再一个实施例，首先第一骨骼与第二骨骼铰接，第二骨骼、第一骨骼一上一下竖直设置，第一骨骼上的左侧和右侧均设有向外伸出的连接杆，第二骨骼上的左侧和右侧均设有一个磁力动力源牵引模块，第二骨骼上的左侧、右侧均设有连接凸块，连接凸块上均设有导向孔73，柔性牵引器5穿过导向孔73后与连接杆进行连接，本实施例不设置限位块，所以第二骨骼和第一骨骼能大范围地进行相互转动，而且导向孔的设置能防止柔性牵引器相互缠绕。

本发明的所述第一骨骼、第二骨骼也是为了让本发明的描述更为形象，本发明的关节包括但不限于“生物关节”，本发明的人工关节实质是一种双杆铰接的驱动结构。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种磁力动力源牵引模块，其特征在于：包括第一磁块(1)和第二磁块(2)，第一磁块(1)和第二磁块(2)的其中之一为电磁体或永磁体，第一磁块(1)和第二磁块(2)另外之一为电磁体，第一磁块(1)和第二磁块(2)的相同的磁极相对设置，第一磁块(1)与第二磁块(2)限位连接，使得第一磁块(1)与第二磁块(2)可沿磁斥力的方向相互远离。

2.根据权利要求1所述的一种磁力动力源牵引模块，其特征在于：还包括导向体(3)，导向体(3)与第二磁块(2)相对固定连接，导向体(3)与第一磁块(1)连接，第一磁块(1)可沿导向体(3)的延伸方向移动。

3.根据权利要求2所述的一种磁力动力源牵引模块，其特征在于：导向体(3)为导向套，所述第一磁块(1)和第二磁块(2)均设在导向体(3)内。

4.根据权利要求3所述的一种磁力动力源牵引模块，其特征在于：导向体(3)的套腔内设有限位部(31)，第一磁块(1)设在限位部(31)与第二磁块(2)之间。

5.根据权利要求1所述的一种磁力动力源牵引模块，其特征在于：第一磁块(1)和/或第二磁块(2)上设有牵引部，牵引部上连接有柔性牵引器(5)，所述柔性牵引器(5)为柔性条状构件。

6.一种人工关节，其特征在于：包括两个如权利要求1至5中任意一项所述的磁力动力源牵引模块，还包括用前后延伸的铰接轴(7)连接在一起的第一骨骼(41)、第二骨骼(42)；

同一个磁力动力源牵引模块内的第一磁块(1)、第二磁块(2)的其中之一与第一骨骼(41)用柔性牵引器(5)连接，同一个磁力动力源牵引模块内的第一磁块(1)、第二磁块(2)的另外之一与第二骨骼(42)固定连接或用柔性牵引器(5)连接；

两个磁力动力源牵引模块上的柔性牵引器(5)分别让第二骨骼(42)绕铰接轴(7)进行逆时针旋转牵引和顺时针旋转牵引。

7.根据权利要求6所述的一种人工关节，其特征在于：铰接轴(7)或第一骨骼(41)或第二骨骼(42)上设有阻止柔性牵引器(5)跨越铰接轴(7)的阻挡块(71)或导向槽(72)或导向孔(73)。

8.根据权利要求6所述的一种人工关节，其特征在于：其中一个磁力动力源牵引模块的第二磁块(2)与第二骨骼(42)的外侧面固定连接，

或，

两个磁力动力源牵引模块的第二磁块(2)均与第二骨骼(42)的外侧面固定连接。

9.根据权利要求6所述的一种人工关节，其特征在于：第二骨骼(42)内设有安装腔(6)，至少一个磁力动力源牵引模块设在所述安装腔(6)内；

设在安装腔(6)内的磁力动力源牵引模块：

其第二磁块(2)与第二骨骼(42)固定连接，其第一磁块(1)上连接有柔性牵引器(5)，其第一磁块(1)上的柔性牵引器(5)从安装腔(6)穿出后与第一骨骼(41)连接。

10.根据权利要求6所述的一种人工关节，其特征在于：第一骨骼(41)上设有用于与第二骨骼(42)抵接的限位块(8)，第一骨骼(41)的转动角度第二骨骼(42)受限于限位块(8)。