CN112372663A - 连续体变刚度调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变刚度调节设备技术领域，尤其涉及一种连续体变刚度调节装置。该连续体变刚度调节装置包括蜗轮蜗杆机构、驱动机构以及两个驱动绳索，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗杆和两个蜗轮，所述驱动机构与所述蜗杆相连，所述蜗杆设置于两个所述蜗轮之间，两个所述蜗轮分别与所述蜗杆啮合连接，两个所述驱动绳索的一端分别与两个所述蜗轮的动力输出端对应缠绕连接，其中一个所述驱动绳索上设有弹性元件。本发明能够提高连续体执行器对抗外力的能力，达到调节刚度的作用，进而提高连续体执行器的灵活性，提高连续体执行器的使用性能。

Description

连续体变刚度调节装置

技术领域

本发明涉及变刚度调节设备技术领域，尤其涉及一种连续体变刚度调节装置。

背景技术

目前，现有的连续体执行器通过驱动机构来实现各个机械关节的弯曲变形调节，然而这种调节方式在受到外力作用时，连续体执行器难以保持原有的变形状态，因此导致连续体执行器的灵活性较差，影响连续体执行器的使用性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种连续体变刚度调节装置，能够提高连续体执行器对抗外力的能力，实现调节刚度的目的。

根据本发明第一方面实施例的连续体变刚度调节装置，包括蜗轮蜗杆机构、驱动机构以及两个驱动绳索，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗杆和两个蜗轮，所述驱动机构与所述蜗杆相连，所述蜗杆设置于两个所述蜗轮之间，两个所述蜗轮分别与所述蜗杆啮合连接，两个所述驱动绳索的一端分别与两个所述蜗轮的动力输出端对应缠绕连接，其中一个所述驱动绳索上设有弹性元件。

根据本发明的一个实施例，还包括底座，所述蜗轮蜗杆机构和所述驱动机构分别安装在所述底座上。

根据本发明的一个实施例，所述蜗杆的两端分别安装在轴承上，各所述轴承分别通过轴承座安装在所述底座上。

根据本发明的一个实施例，各所述蜗轮分别安装在蜗轮轴上，各所述蜗轮轴的下端分别通过轴座安装在所述底座上，各所述蜗轮轴的上端分别设有绕线盘；两个所述驱动绳索的一端分别与两个所述绕线盘缠绕连接。

根据本发明的一个实施例，在所述底座上远离所述驱动机构的一端设有连续体执行器安装座，所述蜗轮蜗杆机构设置于所述连续体执行器安装座与所述驱动机构之间。

根据本发明的一个实施例，在所述底座上还设有与所述蜗轮一一对应的两个定滑轮，两个所述定滑轮设置于所述连续体执行器安装座与所述蜗轮蜗杆机构之间。

根据本发明的一个实施例，在所述底座上还设有与所述定滑轮一一对应的两个第一定位柱以及与所述连续体执行器安装座相对应的两个第二定位柱，两个所述第二定位柱设置在所述底座上靠近所述连续体执行器安装座的位置处，两个所述第一定位柱设置所述第二定位柱与所述定滑轮之间。

根据本发明的一个实施例，两个所述蜗轮对称设置在所述蜗杆的两侧，且两个所述蜗轮的轴向相互平行。

根据本发明的一个实施例，所述驱动机构为电机或液压马达。

根据本发明的一个实施例，所述弹性元件为弹簧或弹性绳。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明实施例的连续体变刚度调节装置，通过驱动机构能够带动蜗杆转动，通过蜗杆的转动能够同时带动两个蜗轮逆向旋转，通过两个蜗轮的旋转状态能够驱动两个驱动绳索进行伸缩或自锁动作，通过在其中一个驱动绳索上设置弹性元件，使得两个驱动绳索的伸长量不同，从而能够使与两个驱动绳索连接的连续体执行器产生弯曲变形，同时通过弹性元件保持一定的弹力，提高了连续体执行器对抗外力的能力，达到调节刚度的作用，进而提高了连续体执行器的灵活性，提高了连续体执行器的使用性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例提供的连续体变刚度调节装置的主视图；

图2是本发明实施例提供的连续体变刚度调节装置的俯视图；

图3是本发明实施例提供的连续体变刚度调节装置的左视图；

图4是本发明实施例提供的连续体变刚度调节装置的轴测图；

图5是本发明实施例中两个驱动绳索与连续体执行器的连接示意图。

附图标记：

1：驱动机构；11：动力输出轴；

2：蜗轮蜗杆机构；21：蜗杆；22：蜗轮；23：轴承；24：轴承座；25：蜗轮轴；26：轴座；27：绕线盘；

3：驱动绳索；31：第一驱动绳索；32：第二驱动绳索；

4：弹性元件；5：连续体执行器；6：底座；7：连续体执行器安装座；8：定滑轮；9：第一定位柱；10：第二定位柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种连续体变刚度调节装置，其中图5中的箭头方向表示蜗杆和两个蜗轮旋转方向。

该连续体变刚度调节装置包括驱动机构1、蜗轮蜗杆机构2以及两个驱动绳索3，其中蜗轮蜗杆机构2包括蜗杆21和两个蜗轮22，驱动机构1与蜗杆21相连，蜗杆21设置于两个蜗轮22之间，两个蜗轮22分别与蜗杆21啮合连接，也即，通过驱动机构1能够驱动蜗杆21转动，通过蜗杆21的转动能够带动两个蜗轮22旋转，并且两个蜗轮22的旋转方向相反。

两个驱动绳索3的一端分别与两个蜗轮22的动力输出端对应缠绕连接，两个驱动绳索3的另一端分别用于与连续体执行器5，也即，通过两个蜗轮22的旋转，能够带动对应的两个驱动绳索3伸长或缩短，进而能够改变连续体执行器5的状态。在其中一个驱动绳索3上还设有弹性元件4。

在工作时，启动驱动机构1，驱动机构1的动力输出轴11驱动蜗杆21转动，通过蜗杆21的转动带动两个蜗轮22逆向旋转，通过两个蜗轮22的旋转带动两个驱动绳索3进行对应动作。其中，通过控制驱动机构1的旋转方向，能够控制两个驱动绳索3伸长或缩短，通过控制驱动机构1停止，能够控制两个驱动绳索3保持自锁。

设定两个驱动绳索3分别为第一驱动绳索31和第二驱动绳索32，弹性元件4设置在第一驱动绳索31上。由于两个蜗轮22的旋转方向相反，因此能够同时拉动第一驱动绳索31和第二驱动绳索32，其中设置有弹性元件4的第一驱动绳索31会在受拉力的情况下伸长，由此导致第一驱动绳索31和第二驱动绳索32产生的总位移不同，第二驱动绳索32上的拉伸量由蜗杆21带动蜗轮22旋转产生的运动量决定，第一驱动绳索31上的拉伸量由蜗杆21带动蜗轮22旋转产生的运动量和弹性元件4产生的形变共同决定，进而使连续体执行器5产生弯曲变形。同时，由于在第一驱动绳索31上有弹性元件4保持的拉力，使得连续体执行器5在受到外力影响时拥有额外的拮抗力来对抗外力，使连续体执行器5抵抗变形的能力增强，使连续体执行器5的刚度增大，进而达到调节刚度的作用。

由此，采用本发明实施例的连续体变刚度调节装置，能够有效提高连续体执行器对抗外力的能力，实现对连续体执行器5的刚度调节，进而提高了连续体执行器5的灵活性，提高了连续体执行器5的使用性能。

具体来说，两个蜗轮22对称设置在蜗杆21的两侧，并且两个蜗轮22的轴向相互平行。

具体来说，驱动机构1的动力输出轴11与蜗杆21之间通过联轴器连接。

具体来说，第一驱动绳索31包括两段，弹性元件4的两端分别与两段第一驱动绳索31对应连接。

在本发明的一些实施例中，该连续体变刚度调节装置还包括底座6，蜗轮蜗杆机构2和驱动机构1分别安装在底座6上。也即，通过底座6能够实现驱动机构1和蜗轮蜗杆机构2的集成安装。

在本发明的一些实施例中，蜗杆21的两端分别安装在轴承23上，各轴承23分别通过轴承座24安装在底座6上。也即，通过轴承座24实现对蜗杆21的支撑安装，通过轴承23确保蜗杆21的正常转动操作。

在本发明的一些实施例中，各蜗轮22分别安装在蜗轮轴25上，各蜗轮轴25的下端分别通过轴座26安装在底座6上，各蜗轮轴25的上端分别设有绕线盘27。其中，两个驱动绳索3的一端分别与两个绕线盘27缠绕连接。也即，通过设置轴座26和蜗轮轴25能够实现对蜗轮22的支撑安装，确保蜗轮22在蜗杆21的带动下能够正常旋转。通过设置绕线盘27，便于实现对驱动绳索3的缠绕安装。子啊工作时，蜗轮22的旋转能够带动蜗轮轴25和绕线盘27同步旋转，进而实现对驱动绳索3的拉动。

在本发明的一些实施例中，在底座6上远离驱动机构1的一端设有连续体执行器安装座7，蜗轮蜗杆机构2设置于连续体执行器安装座7与驱动机构1之间。也即，通过设置连续体执行器安装座7，用于安装固定连续体执行器5。

在本发明的一些实施例中，在底座6上还设有两个定滑轮8，两个定滑轮8分别与两个蜗轮22一一对应，并且两个定滑轮8设置于连续体执行器安装座7与蜗轮蜗杆机构2之间。也即，两个驱动绳索3的另一端对应穿过两个定滑轮8后与连续体执行器5相连。通过设置定滑轮8，不仅能够改变驱动绳索3的方向，同时还能够减少摩擦阻力。

在本发明的一些实施例中，在底座6上设有与定滑轮8相对应的两个第一定位柱9以及与连续体执行器安装座7相对应的两个第二定位柱10，两个第一定位柱9和两个第二定位柱10均设置于定滑轮8与连续体执行器安装座7之间。其中，两个第二定位柱10设置在底座6上靠近连续体执行器安装座7的位置处，两个第一定位柱9设置第二定位柱10与定滑轮8之间。也即，两个驱动绳索3对应穿过两个定滑轮8后，分别经过两个第一定位柱9、两个第二定位柱10导向后伸入至连续体执行器安装座7的内部，从而与安装在连续体执行器安装座7上的连续体执行器5相连。

在本发明的具体实施例中，根据实际使用需求，驱动机构1可以采用电机或液压马达。应当理解的是，驱动机构1的形式并不局限于如上所述的类型，只要能够驱动蜗杆21转动即可。

在本发明的具体实施例中，根据实际使用需求，弹性元件4可以采用弹簧或弹性绳。应当理解的是，弹性元件4的形式并不局限于如上所述的类型，只要能够实现弹性形变即可。

综上所述，采用本发明实施例的连续体变刚度调节装置，能够提高连续体执行器对抗外力的能力，达到调节刚度的作用，进而提高连续体执行器的灵活性，提高连续体执行器的使用性能。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种连续体变刚度调节装置，其特征在于：包括蜗轮蜗杆机构、驱动机构以及两个驱动绳索，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗杆和两个蜗轮，所述驱动机构与所述蜗杆相连，所述蜗杆设置于两个所述蜗轮之间，两个所述蜗轮分别与所述蜗杆啮合连接，两个所述驱动绳索的一端分别与两个所述蜗轮的动力输出端对应缠绕连接，其中一个所述驱动绳索上设有弹性元件。

2.根据权利要求1所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：还包括底座，所述蜗轮蜗杆机构和所述驱动机构分别安装在所述底座上。

3.根据权利要求2所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：所述蜗杆的两端分别安装在轴承上，各所述轴承分别通过轴承座安装在所述底座上。

4.根据权利要求2所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：各所述蜗轮分别安装在蜗轮轴上，各所述蜗轮轴的下端分别通过轴座安装在所述底座上，各所述蜗轮轴的上端分别设有绕线盘；两个所述驱动绳索的一端分别与两个所述绕线盘缠绕连接。

5.根据权利要求2所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：在所述底座上远离所述驱动机构的一端设有连续体执行器安装座，所述蜗轮蜗杆机构设置于所述连续体执行器安装座与所述驱动机构之间。

6.根据权利要求5所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：在所述底座上还设有与所述蜗轮一一对应的两个定滑轮，两个所述定滑轮设置于所述连续体执行器安装座与所述蜗轮蜗杆机构之间。

7.根据权利要求6所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：在所述底座上还设有与所述定滑轮一一对应的两个第一定位柱以及与所述连续体执行器安装座相对应的两个第二定位柱，两个所述第二定位柱设置在所述底座上靠近所述连续体执行器安装座的位置处，两个所述第一定位柱设置所述第二定位柱与所述定滑轮之间。

8.根据权利要求1至7任一项所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：两个所述蜗轮对称设置在所述蜗杆的相对两侧，且两个所述蜗轮的轴向相互平行。

9.根据权利要求1至7任一项所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：所述驱动机构为电机或液压马达。

10.根据权利要求1至7任一项所述的连续体变刚度调节装置，其特征在于：所述弹性元件为弹簧或弹性绳。

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