專利名稱：：仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的領(lǐng)域總的涉及外骨骼和機(jī)器人，尤其涉及具有天然或類似于人類特征的用于外骨骼和機(jī)器人的機(jī)械關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
：近幾十年來已實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和機(jī)器人設(shè)備開發(fā)的顯著進(jìn)步。通過使用機(jī)器人裝配器和操縱器獲得的制造效率、探測用機(jī)器人車輛(如在火星表面上行走的那些)以及在主題公園和其它景點(diǎn)常見的電子動漫人物只是少數(shù)受歡迎的例子。然而，這些專業(yè)機(jī)器人具有的共同特點(diǎn)在于它們既不具備真正的仿人能力，也不能以類似于人類的操作行使功能。實(shí)際上，許多機(jī)器人設(shè)備受制于外部電源，而另一些則構(gòu)造成在不具備雙踏板或仿人運(yùn)動的情況下移動。真正的可移動且不受束縛的人形機(jī)器人和外骨骼雖然存在，但處于早期發(fā)展階段，并被繼續(xù)改進(jìn)以更好地參與可移動的仿人活動。朝不受束縛的人形機(jī)器人活動改進(jìn)仿人或仿生機(jī)器人系統(tǒng)一直存在技術(shù)難點(diǎn)的一個原因是向機(jī)器人提供移動能力的機(jī)械關(guān)節(jié)內(nèi)固有的低效率。在一種機(jī)器人設(shè)備中，圍繞機(jī)械關(guān)節(jié)的運(yùn)動是動力的主要消耗體。即使存在已對機(jī)器人和人類輔助設(shè)備中的機(jī)械關(guān)節(jié)進(jìn)行控制和性能方面的優(yōu)化的少數(shù)例外，這些也優(yōu)先于最佳效率考慮。例如，許多現(xiàn)代非仿生工業(yè)機(jī)器人利用與外部電力、流體或機(jī)械動力系統(tǒng)——其能夠供應(yīng)過剩的動力——τΚ久連接的優(yōu)點(diǎn)執(zhí)行大量工作，從而使關(guān)節(jié)能夠精確和有力地移動，但它們也非常浪費(fèi)能量。動力驅(qū)動的假肢也影響了效率，因?yàn)檫@些裝置主要被限制在容易接入電源的實(shí)驗(yàn)室、研究中心或居民區(qū)內(nèi)的個人生活空間。然而，在遠(yuǎn)程工作環(huán)境或戰(zhàn)場環(huán)境中，效率對長期操作和/或耐久性來說非常關(guān)腱，因?yàn)橥夤趋阑蚍氯藱C(jī)器人如果過早地用光燃料或電池電量耗盡則毫無用處。仿人機(jī)器人設(shè)備或外骨骼的更有效的操作、特別是仿生關(guān)節(jié)通過一定移動范圍和負(fù)載條件的更有效的操作在不犧牲速度或動力的前提下的進(jìn)步是亟需的，并且將用來提供改進(jìn)的、不受束縛的仿人機(jī)器人活動。
發(fā)明內(nèi)容人體可以是在效率方面優(yōu)化外骨骼和仿人機(jī)器人中的機(jī)械關(guān)節(jié)的一個模型。動物界內(nèi)的所有物種——包括人類——的身體為了進(jìn)行高效率的操作而不斷進(jìn)化，以便僅使用最近的一次用餐或儲存的脂肪作為能量來活動和存活。使用仿生機(jī)械關(guān)節(jié)，至少可部分提供模擬人類肢體圍繞天然關(guān)節(jié)的有效運(yùn)動的能力。在本發(fā)明中，這包括提供仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的能力，該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)模擬由天然關(guān)節(jié)提供的可變扭矩，該可變扭矩是使關(guān)節(jié)在各種負(fù)載條件下有效轉(zhuǎn)動經(jīng)過一定位置范圍所需的。對于外骨骼和仿人機(jī)器人，仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可包括可變半徑滑輪，該可變半徑滑輪通過一個或多個柔性腱索(tendon)與一副或多副對抗致動器(antagonisticactuator)聯(lián)接以在使轉(zhuǎn)動支承部件或肢體部段轉(zhuǎn)動時提供可變扭矩，該可變扭矩模擬相應(yīng)的天然關(guān)節(jié)所提供的可變扭矩。按照如文中寬泛地描述的一個有代表性的實(shí)施例，本發(fā)明在于一種用于模擬天然關(guān)節(jié)所提供的可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)，該機(jī)械關(guān)節(jié)包括機(jī)器人設(shè)備的基部支承部件、該機(jī)器人設(shè)備的轉(zhuǎn)動支承部件以及將轉(zhuǎn)動部件可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在基部部件上的可變半徑(“VR”)滑輪。該VR滑輪還包括帶有周向外表面和樞轉(zhuǎn)點(diǎn)/部位的槽輪體部——該外表面與該樞轉(zhuǎn)部位之間的徑向距離可沿著該外表面的長度變化、形成在該外表面中的一條或多條腱索溝槽以及形成在腱索溝槽內(nèi)的腱索附接點(diǎn)/部位。該機(jī)械關(guān)節(jié)還包括一個或多個柔性腱索，各腱索聯(lián)接在腱索附接部位上并具有在腱索溝槽內(nèi)沿相反的方向卷繞在滑輪周圍的第一端部分和第二端部分。該機(jī)械關(guān)節(jié)還包括一個或多個對抗致動器副，各致動器副利用一對端部連接器聯(lián)接在腱索的兩個端部分上，并且該致動器副構(gòu)造成沿(兩個方向中的)任一方向繞著可變半徑滑輪拉曳腱索以在基部與轉(zhuǎn)動支承部件之間形成可變扭矩。按照如文中寬泛地描述的另一有代表性的實(shí)施例，本發(fā)明在于一種用于模擬天然關(guān)節(jié)所提供的可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)，該機(jī)械關(guān)節(jié)包括機(jī)器人設(shè)備的基部支承部件、該機(jī)器人設(shè)備的轉(zhuǎn)動支承部件以及將轉(zhuǎn)動部件可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在基部部件上的可變半徑(“VR”)滑輪。該VR滑輪還包括帶有周向外表面和樞轉(zhuǎn)點(diǎn)/部位的槽輪體部——該外表面與該樞轉(zhuǎn)部位之間的徑向距離可沿著該外表面的長度變化、形成在該外表面中的腱索溝槽以及形成在該腱索溝槽內(nèi)的一條或多條腱索附接部位。該機(jī)械關(guān)節(jié)還包括一個或多個柔性腱索和一個或多個致動器，所述柔性腱索聯(lián)接在腱索附接部位上并具有在腱索溝槽內(nèi)卷繞在滑輪周圍的自由端部分，所述致動器聯(lián)接在腱索的自由端部分上并構(gòu)造成繞著可變半徑滑輪拉曳腱索以在基部支承部件與轉(zhuǎn)動支承部件之間形成可變扭矩。本發(fā)明還在于一種制造用于在機(jī)器人設(shè)備的支承部件之間產(chǎn)生可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的方法。該方法包括獲得基部支承部件和轉(zhuǎn)動支承部件，并且將具有樞轉(zhuǎn)裝置的可變半徑滑動聯(lián)接在基部支承部件與轉(zhuǎn)動支承部件之間以有助于轉(zhuǎn)動支承部件圍繞基部支承部件轉(zhuǎn)動。該方法還包括將一個或多個對抗致動器副裝配于轉(zhuǎn)動支承部件上，并且將一個或多個柔性腱索安裝在可變半徑滑輪與對抗致動器副之間，其中致動器副啟動以沿(兩個方向中的)任一方向繞著可變半徑滑輪拉曳腱索，從而在基部支承部件與轉(zhuǎn)動支承部件之間形成可變扭矩。本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下結(jié)合附圖一起說明了本發(fā)明的特征的詳細(xì)描述變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些附圖僅示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此不應(yīng)認(rèn)為它們限制了本發(fā)明的范圍。此外，可容易地理解的是如在附圖中大體描述和示出的本發(fā)明的構(gòu)件可布置和設(shè)計成各種不同的結(jié)構(gòu)。不過，仍將通過使用附圖更加具體和詳細(xì)地描述和說明本發(fā)明，在附圖中圖1示出了可提供用于本發(fā)明的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的平臺的示例性外骨骼的透視圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的側(cè)視圖；圖3示出了根據(jù)圖2的實(shí)施例的可變半徑滑輪的放大側(cè)視圖；圖4示出了根據(jù)圖2的實(shí)施例的可變半徑滑輪和腱索系統(tǒng)的放大側(cè)視圖；圖5示出了具有兩個腱索溝槽的可變半徑滑輪的透視側(cè)視圖；圖5A示出了具有兩個不同直徑的腱索溝槽的可變半徑滑輪的側(cè)視圖；圖5B示出了具有兩個不同形狀和排列(alignment)的腱索溝槽的可變半徑滑輪的側(cè)視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的透視圖；以及圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的再一個示例性實(shí)施例的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的透視圖。具體實(shí)施例方式以下對本發(fā)明的詳細(xì)說明參照附圖，附圖形成所述說明的一部分并通過圖解示出可實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例。雖然足夠詳細(xì)地描述了這些示例性實(shí)施例以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以實(shí)現(xiàn)其它實(shí)施例并且可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明作出各種更改。因此，以下對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的更詳細(xì)的說明并非用于限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而僅僅為了進(jìn)行舉例而提出，以描述本發(fā)明的特征和特點(diǎn)，并足以使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求限定。圖1-7所示的是可集成在動力驅(qū)動式假肢、仿人機(jī)器人、外骨骼或其它仿生機(jī)器人設(shè)備等中的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的各種示例性實(shí)施例。本發(fā)明的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可結(jié)合一個或多個對抗致動器使用可變半徑(“VR”)滑輪，以滿足機(jī)械關(guān)節(jié)圍繞單自由度(“D0F”)軸線的運(yùn)動需求?？蓪⒈景l(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行區(qū)分，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)通常使用旋轉(zhuǎn)DC馬達(dá)致動器來產(chǎn)生圍繞同一軸線的運(yùn)動。VR滑輪所提供的機(jī)械利益(mechanicaladvantage)允許在提供相同扭矩的同時與類似的致動器相比縮小對抗致動器的尺寸。這種尺寸縮小可顯著改進(jìn)效率和性能兩者。如上所述，本發(fā)明可使用一個或多個對抗致動器或多副對抗致動器/來為轉(zhuǎn)動支承部件圍繞基部支承部件運(yùn)動提供動力。各個對抗致動器可包括對抗地設(shè)置的兩個單向致動器(例如對抗致動器副)以在腱索的任一端上拉曳，所述腱索的兩端可聯(lián)接在對抗致動器上并且中間段可聯(lián)接在裝配于VR滑輪上的腱索附接塊上。在腱索的任一端上拉曳可使VR滑輪相對于對抗致動器轉(zhuǎn)動，或反之亦然。對抗致動器還可包括單動式液壓致動器、氣動致動器、直線馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)電動機(jī)或任何其它單向致動器(例如能夠產(chǎn)生僅沿一個方向的力)。或者，該單條腱索可被細(xì)分為兩條腱索，各腱索的一端聯(lián)接在VR滑輪上的腱索附接部位上，而各腱索的另一端聯(lián)接在對抗致動器副中的致動器之一上。在本發(fā)明的又一個實(shí)施例中，仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可設(shè)有聯(lián)接在一個或多個柔性腱索上的一個或多個單向致動器，以便僅沿一個方向致動該關(guān)節(jié)并允許所施加的負(fù)載(例如，在重力影響下的重物/平衡塊等)沿相反的方向操作該關(guān)節(jié)，所述柔性腱索與VR滑輪同一側(cè)上的腱索附接部位連接。本發(fā)明的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)較現(xiàn)有技術(shù)機(jī)械關(guān)節(jié)而言可提供明顯的優(yōu)點(diǎn)，一部分現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械關(guān)節(jié)在此以及以下的具體說明中有所敘述。首先，該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可比使用DC馬達(dá)等來提供跨整個關(guān)節(jié)位置范圍的恒定扭矩的現(xiàn)有的假肢、外骨骼、仿人機(jī)器人或機(jī)器人設(shè)備中的機(jī)械關(guān)節(jié)明顯更有效。模仿人體的自然運(yùn)動的機(jī)械關(guān)節(jié)可具有根據(jù)支承部段相對于重力及相對于彼此的位置而變化的扭矩需求。例如，使假腿中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動所需的扭矩在沿著水平面行走時比從蹲姿站立時要小。因此，針對最大扭矩操作條件確定尺寸的恒定扭矩系統(tǒng)存在的一個缺點(diǎn)在于它們對于扭矩減小的操作條件來說尺寸過大，并因此浪費(fèi)了能量。通過在高扭矩操作條件期間使用可變半徑滑輪來形成滑輪與致動系統(tǒng)之間的機(jī)械利益，致動器可被更適當(dāng)?shù)卮_定尺寸以滿足多種不同的較低扭矩操作條件。換言之，可針對特定的操作條件優(yōu)化效率。如果多個分?jǐn)?shù)(分成幾份的/分式，fractional)對抗致動器與VR滑輪配合使用，則可進(jìn)一步提高效率和性能?！胺?jǐn)?shù)”致動器可被定義為滿足小于100%的機(jī)械關(guān)節(jié)所需最大可能扭矩的致動器，這是大多數(shù)致動系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計點(diǎn)。第一分?jǐn)?shù)致動器可與至少一個其它分?jǐn)?shù)致動器結(jié)合使得該組一起操作的分?jǐn)?shù)致動器滿足機(jī)械關(guān)節(jié)的最大扭矩需求。單個100%致動器系統(tǒng)可能具有這樣的缺點(diǎn)所有致動器必須始終被致動。除非致動器在其最大設(shè)計點(diǎn)操作，否則就是浪費(fèi)能量。例如，在使用針對最大扭矩需求確定尺寸的液壓缸的液壓系統(tǒng)中，浪費(fèi)的能量可能在于在較小或零負(fù)荷下移動液壓活塞的壓力過高的液壓流體。此外，由于即使存在要壓靠的負(fù)載，致動器的運(yùn)動也可能過快，因此高壓流體通常由壓力控制閥或伺服閥節(jié)流使得支承部件以較慢、更理想的速度運(yùn)動。使用過量流體和節(jié)流兩者都是浪費(fèi)加壓液壓流體中所含有的潛在能量的例子。機(jī)械關(guān)節(jié)可通過將每DOF—個致動器分成每DOF兩個或更多個分?jǐn)?shù)致動器來克服現(xiàn)有技術(shù)的固有缺點(diǎn)。本質(zhì)上，使用多個分?jǐn)?shù)致動器形成了換檔方案(gearshiftingscenario)，在該換擋方案中，可使所述一個或多個致動器選擇性地復(fù)原以有效地滿足關(guān)節(jié)可能需要的所有操作方案。因此，在小于關(guān)節(jié)的最大設(shè)計扭矩條件的任何特定操作條件下，分?jǐn)?shù)致動器中的一個或另一個或兩者可在最佳和最有效的設(shè)計點(diǎn)附近操作。兩個分?jǐn)?shù)對抗致動器系統(tǒng)之間的比例劃分可在95/5至50/50的范圍內(nèi)任意變化，并且還可以在整個人形機(jī)器人體中仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的各個位置有所不同。最佳比例將取決于機(jī)械關(guān)節(jié)的性能界定條件，并且將根據(jù)機(jī)器人體的指定用途(例如，一般用途、重物舉升、行走、攀登輔助等)以及致動器系統(tǒng)中的致動器的類型和構(gòu)造顯著變化。然而，帶有構(gòu)造成用于最佳效率的兩個分?jǐn)?shù)對抗致動器的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的比例劃分可在80/20與60/40之間的范圍內(nèi)變化。效率提高的一個原因是產(chǎn)生圍繞各DOF軸線的運(yùn)動的分?jǐn)?shù)對抗致動器可更好地模擬人體的結(jié)構(gòu)，人體在任何特定時間都自然地僅使用足以滿足關(guān)節(jié)或肢體所需的性能的肌肉。換言之，通過選擇性地僅復(fù)原或激活為使所附的支承部件以期望方式運(yùn)動所需的肌肉或肌肉群而在人類關(guān)節(jié)中節(jié)約了能量。此外，當(dāng)與VR滑輪結(jié)合時，結(jié)合VR滑輪采用兩個可選擇性地復(fù)原的分?jǐn)?shù)致動器形成的本發(fā)明的機(jī)械關(guān)節(jié)可更逼真地模擬天然關(guān)節(jié)的性能和效率兩者。以上提及的各優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)下文提出的詳細(xì)說明而變得顯而易見并且可參照附圖最好地理解，其中本發(fā)明的元件和特征全部由附圖標(biāo)記標(biāo)識。這些優(yōu)點(diǎn)并不以任何方式進(jìn)行限制。實(shí)際上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在實(shí)施本發(fā)明時可實(shí)現(xiàn)有別于在此具體列出的優(yōu)點(diǎn)的其它優(yōu)點(diǎn)。9圖1示出了外骨骼10的示例性實(shí)施例，該外骨骼10可提供用于本發(fā)明的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的各種實(shí)施例的平臺。該外骨骼具有在各種場合中向人提供機(jī)械輔助的潛力，包括增加殘疾人的活動性、擴(kuò)大體力勞動和增強(qiáng)軍事活動。如圖所示，外骨骼可包括整個軀干/本體支承框架。在另一實(shí)施例中，它也可包括局部軀干/本體框架，例如下體行走部分，或甚至可體現(xiàn)為單獨(dú)的肢體。該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可適用于外骨骼上的任何負(fù)荷承載支承部件，并且尤其適合用于軀干的腿或下半部中的一個或多個關(guān)節(jié)。如圖1所示，外骨骼10可包括下體部12。下體部可包括附接在兩條腿20上的骨盆區(qū)域14，各腿還可包括髖關(guān)節(jié)22、膝關(guān)節(jié)觀和踝關(guān)節(jié)34。出于本申請的目的，該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可被定義為包括樞轉(zhuǎn)裝置、附接的轉(zhuǎn)動支承部件和致動器子組件的組件。致動器子組件通?？杀谎b配于轉(zhuǎn)動支承部件內(nèi)側(cè)。仿生機(jī)械髖關(guān)節(jié)22因此可包括髖部樞轉(zhuǎn)裝置M和上腿或大腿支承部件26，膝關(guān)節(jié)觀可包括膝部樞轉(zhuǎn)裝置30和下腿或小腿支承部件32，且踝關(guān)節(jié)34可包括踝部樞轉(zhuǎn)裝置36和足部支承部件38。圖2示出了可適用于外骨骼或仿生機(jī)器人設(shè)備的任何負(fù)荷支承關(guān)節(jié)的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的一個示例性實(shí)施例100的側(cè)視圖。仿生機(jī)械關(guān)節(jié)100可具有剛性外殼104，該剛性外殼104包圍樞轉(zhuǎn)裝置140或可變半徑(“VR”)滑輪142并形成該機(jī)械關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動支承部件102。對抗致動器(在本實(shí)施例中是利用了兩個單動式液壓致動器122、124的單個對抗致動器副120)可被包括在致動器子組件110內(nèi)，該致動器子組件110由安裝在位于對抗致動器之間的控制模塊112內(nèi)的液壓控制系統(tǒng)驅(qū)動。柔性腱索130的兩端可聯(lián)接在從對抗致動器副120延伸的液壓致動器活塞1沈、1觀上，并且該柔性腱索130的中間段聯(lián)接在裝配于VR滑輪上的腱索附接塊162上。在本發(fā)明的另一方面，腱索130可被分為兩個較短的腱索，各個較短腱索的一端聯(lián)接在VR滑輪上的腱索附接部位上，而另一端聯(lián)接在對抗致動器副中的致動器之一上。雖然圖2所示的對抗致動器120可包括通過柔性腱索130圍繞VR滑輪142聯(lián)接在一起的兩個單動式線性液壓致動器122、124，但驅(qū)動本發(fā)明的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的對抗致動器還可包括能夠經(jīng)由柔性腱索聯(lián)接在VR滑輪周圍的單動式氣動致動器、直線電動馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)電動馬達(dá)或任何其它成對的單向致動器(例如，能夠產(chǎn)生僅沿一個方向的力)。在圖2所示的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的示例性實(shí)施例100中，致動器子組件110可被裝配于轉(zhuǎn)動支承部件102的剛性外殼104的內(nèi)側(cè)，而VR滑輪可相對于基部支承部件106被固定。舉一個說明性的例子，如果將該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)集成在圖1的外骨骼的髖關(guān)節(jié)中，則該關(guān)節(jié)的致動器子組件可被裝配于上腿或大腿支承部件的內(nèi)側(cè)，而髖部VR滑輪可相對于骨盆區(qū)域被固定。然而，在該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的一個可替換的方面，該致動器子組件可被裝配于基部支承部件106(本例中為骨盆區(qū)域)上并且VR滑輪142可相對于轉(zhuǎn)動支承部件102(或上腿支承部件)被固定。雖然文中所述的許多實(shí)施例將致動器子組件10定位在轉(zhuǎn)動支承部件102內(nèi)側(cè)，但任意構(gòu)型均可允許轉(zhuǎn)動支承部件102通過仿生機(jī)械關(guān)節(jié)相對于基部支承部件106進(jìn)行動力驅(qū)動式轉(zhuǎn)動。此外，基部支承部件106可包括仿生機(jī)器人設(shè)備的剛性體區(qū)段，例如軀干，以及相鄰的機(jī)械關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動支承部件。VR滑輪142的放大側(cè)視圖在圖3和圖4中示出。VR滑輪可包括盤形/圓盤部分144和軸部分146，并且可圍繞樞轉(zhuǎn)支柱180轉(zhuǎn)動，所述樞轉(zhuǎn)支柱180配合在位于VR滑輪的軸部分中的中心孔148內(nèi)。轉(zhuǎn)動接口/連接裝置(如未示出的軸承或套管)可位于樞轉(zhuǎn)支柱180或中心孔148中的任一者或兩者內(nèi)，該轉(zhuǎn)動連接裝置允許VR滑輪和樞轉(zhuǎn)支柱相對于彼此轉(zhuǎn)動。圓盤部144可具有周向外表面150，腱索溝槽152可形成在該周向外表面150中。腱索溝槽可具有用于接觸腱索的承坐表面(landingsurface)156，以及用于防止腱索滑動離開VR滑輪的側(cè)壁158。附接槽160可形成在盤形部分144中，該附接槽160軸向地對開/截開腱索溝槽152并提供用于將腱索附接塊162裝配于滑輪上的位置?？招哪一蚩昭?70也可形成在盤形部分中以減輕VR滑輪的重量，并且可具有為外承坐表面提供支承的具有不同長度的結(jié)構(gòu)肋172。VR滑輪142的周向外表面150可呈圓形，中心孔148形成在從圓形外表面或圓盤體144的幾何中心偏移或偏心的位置。中心孔148還可限定樞轉(zhuǎn)部位，VR滑輪142圍繞該樞轉(zhuǎn)部位轉(zhuǎn)動，使得外表面與該樞轉(zhuǎn)部位之間的徑向距離可沿著外表面150的長度變化。因此，帶有偏心中心孔148和軸部分146的圓形滑輪可形成VR滑輪，如圖所示。在本發(fā)明的另一方面，VR滑輪的盤形體和外表面可以不呈圓形，而是可呈偏心率比圖3-4所示的帶有偏心樞轉(zhuǎn)部位的圓形實(shí)施例142或高或低的長圓形、橢圓形或向VR滑輪提供連續(xù)可變半徑的某些其它非圓形體或形狀。VR滑輪142可在盤形部分144中包括與附接槽160和附接塊162徑向相對的切口164。腱索溝槽152的側(cè)壁158可在該切口內(nèi)下移至承坐表面156的水平，從而形成與腱索溝槽的承坐表面大致平齊的切口。該切口的任一端可具有能匹配于端部連接器132、134的圓形輪廓的圓角166、168，所述端部連接器132、134安裝在致動器活塞的端部上(參見圖4)。因此，該切口的圓角可構(gòu)造成當(dāng)VR滑輪已被轉(zhuǎn)動至任一最遠(yuǎn)的轉(zhuǎn)動位置時部分地接納端部連接器。參照圖4，當(dāng)VR滑輪被轉(zhuǎn)動至其最遠(yuǎn)的順時針位置時，該切口的圓角168可接納圓形端部連接器134。類似地，當(dāng)VR滑輪被轉(zhuǎn)動至其最遠(yuǎn)的逆時針位置時，切口的圓角166可接納圓形端部連接器132。向VR滑輪提供具有圓角的切口可有利地使仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍沿任意方向延伸數(shù)度/幾度，并避免在致動器活塞到達(dá)其最遠(yuǎn)極限并鄰接VR滑輪的情況下猛拉腱索和致動器子組件。腱索130的第一端部分和第二端部分可通過本領(lǐng)域中可獲得的任何裝置附接在致動器活塞的梢端上。例如，在所示的實(shí)施例中，腱索可被制造成足夠長使得端部可圍繞或通過端部連接器132、134形成環(huán)圈/回路并返回連接到附接塊162上。此外，端部連接器可構(gòu)成有配合在腱索環(huán)內(nèi)并將腱索固定在端部連接器上的連接桿136。該環(huán)形構(gòu)造可通過允許腱索在操作期間相對于致動器活塞的小量移動而變得有利，因?yàn)殡焖髟赩R滑輪周圍被交替地卷繞和退繞。這些移動可減輕應(yīng)力并減少磨損，并進(jìn)一步確保作用在對抗致動器上的負(fù)荷為純拉力。圖5示出了具有形成在周向外表面250中的兩條腱索溝槽250的VR滑輪242的透視側(cè)視圖，該VR滑輪252適用于利用帶有兩條腱索的致動系統(tǒng)的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的示例性實(shí)施例。如可以看見的那樣，腱索溝槽可被成型為保持不同尺寸的腱索，并且其中大溝槽254可構(gòu)造成保持明顯寬于小溝槽252的腱索。附接槽260和徑向相對的切口264兩者都可橫斷/橫貫地截開兩條腱索溝槽。腱索溝槽252、2M可分別具有直徑Dl和D2，所述直徑可大致相等。此外，在圖5A所示的本發(fā)明的另一方面，大腱索溝槽25可具有小于小腱索溝槽254a的直徑Dla的直徑D2a，以便為各腱索和對抗致動器副提供不同的機(jī)械利益。在圖5B所示的再一實(shí)施例中，VR滑輪可形成有小腱索溝槽252b和大腱索溝槽254b，所述小腱索溝槽252b和大腱索溝槽254b具有彼此未對齊并且可以或可以不分別具有不同直徑Dlb、D2b的非圓形或橢圓形形狀。如以下更詳細(xì)地描述的那樣，兩個腱索溝槽之間的尺寸和/或形狀和/或取向的差別可與對抗致動器或?qū)怪聞悠鞲钡某叽绱_定方面的差別相結(jié)合地使用，以在更改和擴(kuò)展機(jī)械關(guān)節(jié)的性能特點(diǎn)方面提供附加的靈活性。因此，仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的可變扭矩特點(diǎn)可變成取決于轉(zhuǎn)動方向，從而形成更好地模擬了天然關(guān)節(jié)的性能和效率的機(jī)械關(guān)節(jié)。利用了兩條腱索和雙槽式VR滑輪的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的一個示例性實(shí)施例200在圖6中示出，未示出轉(zhuǎn)動支承部件或基部支承部件的剛性外殼。該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可包括兩個對抗致動器副220、230。兩個致動器和包括任一對抗致動器的腱索可被視為單個對抗致動器副，因?yàn)槊總€單獨(dú)的致動器是僅能使VR滑輪242沿一個方向轉(zhuǎn)動的線性單動式設(shè)備。此外，示例性仿生機(jī)械關(guān)節(jié)200中的每個對抗致動器副可具有對稱的致動器，意味著同一副中的兩個單動式致動器的尺寸和構(gòu)造相同，從而允許該致動器副提供沿兩個方向的對稱移動。在另一示例性實(shí)施例中，對抗致動器副可包括不同尺寸的分?jǐn)?shù)致動器，例如大致動器副230和小致動器副220，所述大致動器副和小致動器副如上所述可一起操作以滿足該機(jī)械關(guān)節(jié)的最大扭矩需求。如果分?jǐn)?shù)致動器為液壓缸，則小致動器副220可設(shè)有小直徑液壓缸222、224，所述小直徑液壓缸針對不同于大致動器副的致動器232、234的操作狀態(tài)確定尺寸?？梢岳斫獾氖牵瑢τ谝簤毫黧w從控制體212的一定流速而言，較小的液壓活塞面積將比較大的液壓活塞面積更快地但以減小的力使VR滑輪轉(zhuǎn)動。因此，在液壓流體流速相同的情況下，較大直徑的致動器副使VR滑輪以更慢的速度轉(zhuǎn)動，但可在腱索上提供更多拉力，因?yàn)橹聞悠魉峙涞牧εc液壓活塞的面積直接成正比/正相關(guān)。各分?jǐn)?shù)對抗致動器副220、230的兩個對稱地確定尺寸的致動器可通過腱索觀0、290經(jīng)過/越過VR滑輪242連結(jié)在一起。雖然腱索可具有各種形狀和尺寸，但實(shí)施例200中所示的腱索可具有限定寬度和厚度的帶形輪廓，并且還可構(gòu)造成具有與相應(yīng)的腱索溝槽252、254的寬度和厚度匹配的尺寸。各腱索的中間段聯(lián)接在與VR滑輪連接的附接塊沈2上，該裝置可將腱索固定在VR滑輪上并防止腱索在槽內(nèi)滑動。在所示的實(shí)施例200中，腱索觀0、290可通過使腱索經(jīng)過端部連接器觀2、292形成環(huán)圈并且使腱索的端部返回聯(lián)接到聯(lián)接塊262上而附接在致動器活塞226、236的端部上。另外，各端部連接器可構(gòu)造成具有配合在腱索環(huán)內(nèi)并且將腱索固定在端部連接器上的連接桿觀4。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到用于將腱索聯(lián)接在分?jǐn)?shù)對抗致動器上的其它裝置，并且視為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。為了允許更有效的操作，可使分?jǐn)?shù)致動器選擇性地恢復(fù)向仿生機(jī)械關(guān)節(jié)提供動力或脫離提供動力狀態(tài)。因此，兩條腱索觀0J90可使用端部連接器觀2、四2單獨(dú)附接在它們相應(yīng)的對抗致動器副220、230上，以允許兩條腱索之間響應(yīng)于變化的負(fù)荷條件相對運(yùn)動，例如，負(fù)載的腱索可比未負(fù)載的腱索拉伸得更多。例如，如果大致動器副230是工作/起作用的而小致動器副220是不工作/不起12作用的或脫離的，則大腱索290附接在工作的大致動器232上的部段可在負(fù)荷下稍微拉伸，而用于相鄰的小致動器222的較小腱索觀0的部段可保持松弛。即使兩條腱索都可使用附接塊262固定在VR滑輪242上，也只有與工作的大致動器232連接的腱索四0的部段可拉曳VR滑輪并使其轉(zhuǎn)動。然而，在致動器子組件210的相對的一側(cè)上，小致動器2M和不工作的大致動器234兩者的致動器活塞2沈、236可隨著它們相應(yīng)的腱索觀0、四0向上卷繞到VR滑輪上而跟著相應(yīng)的腱索觀0、290移動，所述VR滑輪在工作的致動器232的影響下轉(zhuǎn)動。在一個備選實(shí)施例中，腱索觀0、290可例如使用格外長的共用連接桿284在端部連接器觀2、292處連結(jié)起來。而且，在另一可替換的實(shí)施例(未示出)中，兩個對抗致動器副可共享聯(lián)接在單個、雙寬度腱索帶上的共用端部連接器。連結(jié)端部連接器或使用雙寬度腱索帶可確保不活動的致動器在機(jī)械關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動期間跟隨活動的致動器，并且可在任何時刻維持在適當(dāng)位置以便準(zhǔn)備工作。將VR滑輪242與可選擇性地復(fù)原的分?jǐn)?shù)致動器220、230結(jié)合可形成近似地模擬天然關(guān)節(jié)的性能和效率兩者的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)200。例如，VR滑輪242可通過在高扭矩操作條件期間在樞轉(zhuǎn)裝置240與致動子組件210之間產(chǎn)生機(jī)械利益而有助于轉(zhuǎn)動支承部件圍繞基部支承部件轉(zhuǎn)動。這能夠在機(jī)械關(guān)節(jié)200的整個運(yùn)動范圍并在各種負(fù)荷條件下有效地減小和消除驅(qū)動機(jī)械關(guān)節(jié)200的動力需求，并允許選擇更小且動力消耗更低(例如，低需求和節(jié)約能量)的對抗致動器以驅(qū)動機(jī)械關(guān)節(jié)并且仍滿足所需的性能標(biāo)準(zhǔn)。此外，將單個對抗致動器分解為兩個或更多分?jǐn)?shù)對抗致動器副220、230允許致動器子組件210以更有效的方式滿足VR滑輪所提供的減小的能量需求。分?jǐn)?shù)致動器可根據(jù)機(jī)械關(guān)節(jié)200上的瞬時速度和扭矩要求選擇性地復(fù)原或脫離，使得要么利用小的對抗致動器副220、要么利用大的對抗致動器副230、要么利用兩者來滿足期望性能。用于確定分?jǐn)?shù)致動器的尺寸以滿足仿生關(guān)節(jié)的預(yù)計速度和扭矩需求的方法在于2009年8月28日提交且標(biāo)題為"MethodOfSizingActuatorsForABiomimeticMechanicalJoint”(確定用于仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的致動器的尺寸的方法)的共有和共同未決的專利申請No._(代理人卷號No.2865-25026.PROV.PCT)中有說明，在此通過引用將該申請全文并入?？梢岳斫獾氖?，隨著VR滑輪142由致動子組件210驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，位于腱索觀0、290與VR滑輪之間的接觸點(diǎn)、端部連接器觀2、四2以及對抗致動器220、230的長軸線的準(zhǔn)直性/直線性可由于VR滑輪的半徑變化而改變。此外，對于致動器子組件的每一側(cè)而言準(zhǔn)直性的變化可能不同。為了確保不會由于變化的直線性而在致動器活塞2沈、236上施加有害的扭矩或側(cè)向力，位于控制體212的任一側(cè)上的致動器的活塞端(或其它部分(例如中間段))可被裝配到可相對于控制模塊旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)塊276、278中?；剞D(zhuǎn)塊可向致動器提供圍繞它們的活塞端(或例如中間段、上部端等)樞轉(zhuǎn)的自由度以維持致動器的長軸線、端部連接器以及位于腱索與VR滑輪之間的切向接觸點(diǎn)三者之間的正確對齊/準(zhǔn)直。在本發(fā)明的另一方面，控制模塊可被加長使得致動器的實(shí)心端(例如與致動器活塞相對的一側(cè))可被安裝在回轉(zhuǎn)決中，從而允許在致動器子組件的基部而不是在中跨(mid-span)發(fā)生樞轉(zhuǎn)。如果在任何特定時刻分?jǐn)?shù)致動器或?qū)怪聞悠鞲?20、230選擇性地復(fù)原以向仿生機(jī)械關(guān)節(jié)200提供動力，則在該瞬間未復(fù)原的致動器可與機(jī)械關(guān)節(jié)選擇性地脫離以防止致動器系統(tǒng)的活動部分上不必要的拖曳。該選擇性的脫離可包括致動器與流體源之間的流體(例如液壓或氣動)分離、直線或旋轉(zhuǎn)馬達(dá)與電源之間的電氣分離或?qū)怪聞悠髋cVR滑輪之間的物理脫離等。如上所述，在圖6所示的本發(fā)明的實(shí)施例200的一方面，各對抗致動器副220、230中的各單獨(dú)的致動器可為單動式直線液壓致動器。此外，各致動器可與壓力控制閥(PCV)流體連接，該壓力控制閥可利用位于控制體212內(nèi)的先導(dǎo)閥操作。PCV和先導(dǎo)閥可構(gòu)造成使得不工作的對抗致動器副按照“搖動/晃動(slosh)，，模式操作，該模式允許容納在不工作的對抗致動器副中的液壓流體在兩個單動式液壓缸之間來回晃蕩而不消耗功也不做功。換言之，不工作的分?jǐn)?shù)致動器可構(gòu)造成通過將PCV和先導(dǎo)閥選擇為晃動模式而進(jìn)行空閑/無功操作，這可使分?jǐn)?shù)致動器與系統(tǒng)脫離，使得它不會有助于該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)上的拖曳或制動?？墒褂脙蓚€對抗致動器副并結(jié)合相應(yīng)的PCV和先導(dǎo)閥以允許一個致動器副主動操作而另一個進(jìn)行晃動模式操作的液壓系統(tǒng)在共有和共同未決的、2008年2月觀日提交的標(biāo)題為“FluidControlSystemHavingSelectiveRecruitableActuators，，(具有可選擇性地復(fù)原的致動器)的美國專利申請No.12/074，以及2008年2月觀日提交的標(biāo)題為“AntagonisticFluidControlSystemforActiveandPassiveActuatorOperation”(用于主動和被動致動器操作的對抗流體控制系統(tǒng))的美國專利申請No.12/074，260中更詳細(xì)地說明，在此通過引用將這些申請全文并入。在本發(fā)明的另一方面，當(dāng)向機(jī)械關(guān)節(jié)200提供動力時，也可對兩個分?jǐn)?shù)致動器220、230進(jìn)行連續(xù)節(jié)流，例如使用閥模塊(未示出)。因此，應(yīng)理解，具有多個分?jǐn)?shù)致動器的連續(xù)節(jié)流以及選擇性的復(fù)原和/或脫離的能力的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)形成具有兩個控制自由度的致動或驅(qū)動系統(tǒng)。較現(xiàn)有技術(shù)而言，這種操作致動系統(tǒng)的靈活性是有利的，因?yàn)樵试S機(jī)械關(guān)節(jié)通過可由其選擇最大效率的一個或多個致動器復(fù)原構(gòu)型和節(jié)流裝置達(dá)到各種操作點(diǎn)。操作具有選擇性的復(fù)原/脫離和連續(xù)節(jié)流這兩種能力以滿足仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的瞬時速度和扭矩操作需求的方法在于2009年8月觀日提交且標(biāo)題為“ControlLogicforBiomimeticJointActuators”(用于仿生關(guān)節(jié)致動器的控制邏輯)的共有和共同未決的專利申請No._(代理人卷號No.2865-20080627.PR0V.PCT)中說明，在此通過引用將該申請全文并入。在本發(fā)明的又一方面(未示出)，該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可構(gòu)成有單個單向致動器，該單個單向致動器聯(lián)接在與位于VR滑輪上的腱索附接部位連接的單個柔性腱索上，且可操作成沿一個方向主動致動關(guān)節(jié)或使關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，同時允許所施加的負(fù)載(例如，在重力作用下的重物等)沿相反的方向操作關(guān)節(jié)。該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的單向?qū)嵤├捎糜诟鞣N應(yīng)用，包括為特定任務(wù)或功能定制的仿人或天然假體設(shè)備。另外，在再一實(shí)施例中，單向仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可設(shè)有與VR滑輪的同一側(cè)連接的兩個或更多個腱索/致動器副，以允許實(shí)現(xiàn)以上在對抗致動器構(gòu)型中所述的相同可變負(fù)荷和速度能力。本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到的單向仿生關(guān)節(jié)的其它變型應(yīng)認(rèn)為落入本發(fā)明范圍內(nèi)。圖7中示出了可與前面的實(shí)施例類似的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)300的另一示例性實(shí)施例，該仿生機(jī)械關(guān)節(jié)300具有由兩個分?jǐn)?shù)仿生致動器副提供動力的VR滑輪342。然而，機(jī)械關(guān)節(jié)300與前面的實(shí)施例的不同之處在于兩個分?jǐn)?shù)致動器320、330中各單獨(dú)的致動器可與致動器子組件310中的其它致動器中的每一者相異/差異化地確定尺寸，以便進(jìn)一步利用VR滑輪的杠桿作用(leveragingaspect)并更好地模擬天然關(guān)節(jié)的性能。當(dāng)與如以上在圖5A和圖5B中說明和示出的具有不同尺寸和/或形狀和/或構(gòu)型的腱索溝槽的VR滑輪結(jié)合時，這種增強(qiáng)的設(shè)計可變性和靈活性會變得更加明顯。舉例而言，小分?jǐn)?shù)對抗致動器副320可具有大半徑致動器322和小半徑致動器324，當(dāng)所述大半徑致動器322復(fù)原時該大半徑致動器使用VR滑輪的大直徑部分驅(qū)動VR滑輪342轉(zhuǎn)動，當(dāng)所述小半徑致動器3M復(fù)原時該小半徑致動器使用VR滑輪的小直徑部分3M驅(qū)動樞轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動。類似地，大分?jǐn)?shù)對抗致動器副330可具有分別繞著可變半徑滑輪的大直徑部分352和小直徑部分3M操作的大半徑致動器332和小半徑致動器334。大半徑致動器322、332可與它們相關(guān)的小半徑致動器324、334相異地確定尺寸以利用VR滑輪所提供的機(jī)械利益并且更好地模擬天然關(guān)節(jié)的性能。例如，當(dāng)天然關(guān)節(jié)沿一個方向移動時該天然關(guān)節(jié)可能能夠提供比另一個方向更大的扭矩(例如，當(dāng)使上腿部件圍繞髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動時股四頭肌會明顯強(qiáng)于腿筋肌肉)。當(dāng)VR滑輪342與具有相異地確定尺寸的致動器副322、3M和332、334的致動器子組件310組裝時，機(jī)械關(guān)節(jié)的性能特點(diǎn)可進(jìn)行更改和擴(kuò)展，并且可取決于機(jī)械關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動方向。因此，形成的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)可更好地模擬天然關(guān)節(jié)的性能和效率。上述的詳細(xì)說明引用具體的示例性實(shí)施例來對本發(fā)明進(jìn)行說明。然而應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明如所附權(quán)利要求所闡明的范圍的前提下，可作出各種變型和改變。應(yīng)將詳細(xì)描述和附圖視為只是說明性的而非限制性的，所有此類變型和改變——如果有的話——都應(yīng)落入在此描述和闡明的本發(fā)明的范圍內(nèi)。更具體而言，雖然在此描述了本發(fā)明的說明性的示例性實(shí)施例，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例，而是包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員基于上述詳細(xì)描述可想到的具有改型、省略、結(jié)合(例如，跨各實(shí)施例的方面的結(jié)合)、適應(yīng)和/或變更的任何或所有實(shí)施例。權(quán)利要求中的限定應(yīng)基于權(quán)利要求中所采用的語言在寬范圍內(nèi)解釋，而不局限于上述詳細(xì)描述或在本申請的執(zhí)行期間所述的示例，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這些示例是非窮盡的。例如，在本發(fā)明中，術(shù)語“優(yōu)選地”為非窮盡的，其中該術(shù)語旨在表示“優(yōu)選但不局限于”的意思。任何方法或過程權(quán)利要求中所列舉的任何步驟可以以任何次序執(zhí)行，而不局限于在權(quán)利要求中提出的次序。裝置+功能的限定或步驟+功能的限定將只在這樣的情況下采用，即在特定的權(quán)利限定中存在所有的以下條件a)清楚地列舉了“用于……的物質(zhì)/手段”或“用于……的步驟”；以及b)清楚地列舉了對應(yīng)的功能。在本文的描述中清楚地列舉了支持物質(zhì)/手段+功能的結(jié)構(gòu)、材料或方案。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)只由所附權(quán)利要求和它們的合法等同效方案確定，而不是由以上給出的描述和示例確定。權(quán)利要求和希望由專利證保護(hù)的內(nèi)容如權(quán)利要求書所述。權(quán)利要求1.一種用于在仿生機(jī)器人設(shè)備的支承部件之間產(chǎn)生可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)，所述機(jī)械關(guān)節(jié)包括基部支承部件；可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在所述基部支承部件上的轉(zhuǎn)動支承部件；可變半徑滑輪，所述可變半徑滑輪可操作地聯(lián)接在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間以便于所述轉(zhuǎn)動支承部件圍繞所述基部支承部件轉(zhuǎn)動，所述滑輪包括具有周向外表面和樞轉(zhuǎn)部位的槽輪體，所述外表面與所述樞轉(zhuǎn)部位之間的徑向距離可沿著所述外表面的長度變化；形成在所述外表面中的至少一個腱索溝槽，所述腱索溝槽具有腱索承坐表面和側(cè)壁；禾口位于所述至少一個腱索溝槽內(nèi)的腱索附接部位；至少一個柔性腱索，所述至少一個柔性腱索聯(lián)接在所述腱索附接部位上并具有第一和第二自由端部分，所述第一和第二自由端部分在所述腱索溝槽內(nèi)沿相反的方向卷繞在所述滑輪周圍；以及至少一個對抗致動器副，所述至少一個對抗致動器副利用一對端部連接器聯(lián)接在所述第一和第二自由端部分上，所述致動器副構(gòu)造成沿任一方向繞著所述滑輪選擇性地操作所述腱索并在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間形成可變扭矩。2.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，該機(jī)械關(guān)節(jié)還包括切口，所述切口位于所述槽輪體的與所述腱索附接部位大致相對的側(cè)壁中，所述切口構(gòu)造成當(dāng)所述滑輪轉(zhuǎn)動至任一最遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動位置時接納端部連接器。3.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述對抗致動器副的各個致動器被可樞轉(zhuǎn)地支承以進(jìn)行樞轉(zhuǎn)運(yùn)動并保持所述致動器的長軸線與位于所述腱索和所述滑輪之間的切向接觸點(diǎn)之間的對齊。4.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述對抗致動器副的各個致動器選自由液壓動力缸、氣動動力缸、直線電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動機(jī)組成的組。5.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述滑輪的所述槽輪體為圓形并且所述樞轉(zhuǎn)部位偏離所述圓形的中心。6.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述腱索附接部位還包括腱索附接塊，所述腱索附接塊插入形成在所述槽輪體的所述周向外表面中的橫斷槽內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，第一和第二自由端部分中的每一者繞著端部連接器形成環(huán)圈并且所述自由端部分的梢端聯(lián)接在所述腱索附接部位上。8.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述槽輪體相對于所述基部支承部件固定并且所述致動器副聯(lián)接在所述轉(zhuǎn)動支承部件上。9.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述對抗致動器副聯(lián)接在所述基部支承部件上并且所述槽輪體相對于所述轉(zhuǎn)動支承部件固定。10.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述基部支承部件包括所述仿生機(jī)器人設(shè)備的軀干。11.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述基部支承部件包括相鄰的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動支承部件。12.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述仿生機(jī)器人設(shè)備為外骨骼。13.一種用于在仿生機(jī)器人設(shè)備的支承部件之間產(chǎn)生可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)，所述機(jī)械關(guān)節(jié)包括基部支承部件；可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在所述基部支承部件上的轉(zhuǎn)動支承部件；可變半徑滑輪，所述可變半徑滑輪可操作地聯(lián)接在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間以便于所述轉(zhuǎn)動支承部件圍繞所述基部支承部件轉(zhuǎn)動，所述可變半徑滑輪包括具有周向外表面和樞轉(zhuǎn)部位的槽輪體，所述外表面與所述樞轉(zhuǎn)部位之間的徑向距離可沿著所述外表面的長度變化；形成在所述外表面中的腱索溝槽；和位于所述腱索溝槽內(nèi)的至少一個腱索附接部位；至少一個柔性腱索，所述至少一個柔性腱索聯(lián)接在所述腱索附接部位上并具有自由端部分，所述自由端部分在所述腱索溝槽內(nèi)卷繞在所述滑輪周圍；以及至少一個致動器，所述至少一個致動器聯(lián)接在所述自由端部分上并且構(gòu)造成繞著所述可變半徑滑輪拉曳所述腱索以在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間形成可變扭矩。14.根據(jù)權(quán)利要求13的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述至少一個柔性腱索包括第一和第二柔性腱索，各腱索聯(lián)接在腱索附接部位上并具有自由端部分，所述自由端部分沿彼此相反的方向卷繞在所述滑輪周圍并聯(lián)接在對抗致動器副的致動器上，所述致動器副構(gòu)造成沿任一方向繞著所述可變半徑滑輪選擇性地拉曳所述腱索。15.根據(jù)權(quán)利要求13的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述柔性腱索還包括中間部分以及第一和第二自由端部分，所述中間部分聯(lián)接在所述腱索附接部位上，所述第一和第二自由端部分沿相反的方向卷繞在所述滑輪周圍并聯(lián)接在對抗致動器副的致動器上，所述致動器副構(gòu)造成沿任一方向繞著所述可變半徑滑輪選擇性地拉曳所述腱索。16.一種制造用于在仿生機(jī)器人設(shè)備的支承部件之間產(chǎn)生可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)的方法，所述方法包括獲得基部支承部件和轉(zhuǎn)動支承部件；將具有樞轉(zhuǎn)裝置的可變半徑滑輪聯(lián)接在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間以便于所述轉(zhuǎn)動支承部件圍繞所述基部支承部件轉(zhuǎn)動；將至少一個對抗致動器副裝配于所述轉(zhuǎn)動支承部件上；以及將至少一個柔性腱索安裝在所述可變半徑滑輪與所述對抗致動器副之間，其中，所述致動器副啟動以沿任一方向繞著所述可變半徑滑輪拉曳所述腱索以在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間形成可變扭矩。17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述可變半徑滑輪還包括具有周向外表面和樞轉(zhuǎn)裝置的槽輪體，所述外表面與所述樞轉(zhuǎn)裝置之間的徑向距離可沿著所述外表面的長度變化；形成在所述外表面中的至少一個腱索溝槽；以及位于所述腱索溝槽內(nèi)的腱索附接部位。18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述柔性腱索還包括第一柔性腱索；以及第二柔性腱索，各腱索聯(lián)接在所述腱索附接部位上并具有自由端部分，所述自由端部分在所述腱索溝槽內(nèi)沿彼此相反的方向卷繞在所述滑輪周圍，并且所述自由端部分聯(lián)接在所述對抗致動器副的致動器上。19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述柔性腱索還包括聯(lián)接在所述腱索附接部位上的中間部分；以及第一和第二自由端部分，所述第一和第二自由端部分在所述腱索溝槽內(nèi)沿相反的方向卷繞在所述滑輪周圍并聯(lián)接在所述對抗致動器副的致動器上。20.一種用于在仿生機(jī)器人設(shè)備的支承部件之間產(chǎn)生可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)，所述機(jī)械關(guān)節(jié)包括基部支承部件；可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在所述基部支承部件上的轉(zhuǎn)動支承部件；可變半徑滑輪，所述可變半徑滑輪可操作地聯(lián)接在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間以便于所述轉(zhuǎn)動支承部件圍繞所述基部支承部件轉(zhuǎn)動，所述滑輪包括具有周向外表面和樞轉(zhuǎn)部位的槽輪體，所述外表面與所述樞轉(zhuǎn)部位之間的徑向距離可沿著所述外表面的長度變化；形成在所述外表面中的至少兩個腱索溝槽，各個腱索溝槽具有腱索承坐表面和側(cè)壁；和位于各個所述腱索溝槽內(nèi)的腱索附接部位；至少兩個柔性腱索，各柔性腱索聯(lián)接在所述腱索附接部位之一上并具有第一自由端部分和第二自由端部分，所述第一自由端部分和第二自由端部分在所述腱索溝槽內(nèi)沿相反的方向卷繞在所述滑輪周圍；以及至少兩個對抗致動器副，各致動器副利用一對端部連接器聯(lián)接在所述至少兩個腱索之一的第一端部分和第二端部分上，并且構(gòu)造成沿任一方向繞著所述滑輪選擇性地操作所述腱索以在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件形成可變扭矩。21.根據(jù)權(quán)利要求20的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，該機(jī)械關(guān)節(jié)還包括切口，所述切口位于所述槽輪體的與所述腱索附接部位相對的側(cè)壁中，所述切口構(gòu)造成當(dāng)所述滑輪轉(zhuǎn)動至任一最遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動位置時接納端部連接器。22.根據(jù)權(quán)利要求20的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述對抗致動器副中的一個比另一個大。23.根據(jù)權(quán)利要求22的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述柔性腱索還包括具有矩形截面的腱索帶，并且所述柔性腱索和相應(yīng)的腱索溝槽中的一者比另一者寬。24.根據(jù)權(quán)利要求23的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述至少兩個對抗致動器副中的每個致動器的尺寸被單獨(dú)確定成不同于其余致動器中的任一者。25.根據(jù)權(quán)利要求20的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述至少兩個對抗致動器副的每個致動器選自由液壓動力缸、氣動動力缸、直線電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動機(jī)組成的組。26.根據(jù)權(quán)利要求1、13或20的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述可變半徑滑輪還包括直徑不同于小腱索溝槽的大腱索溝槽，以向可利用所述腱索溝槽操作的腱索與致動器對提供不同的機(jī)械利益。27.根據(jù)權(quán)利要求1、13或20的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述可變半徑滑輪還包括大腱索溝槽和小腱索溝槽，其中各個腱索溝槽具有非圓形狀，并且各個腱索溝槽相對于彼此偏移而未對齊。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于在仿生機(jī)器人設(shè)備的支承部件之間產(chǎn)生可變扭矩的仿生機(jī)械關(guān)節(jié)，包括支承部件、以可轉(zhuǎn)動的方式聯(lián)接在所述基部支承部件上的轉(zhuǎn)動支承部件、以及可操作地聯(lián)接在所述基部支承箔部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間的可變半徑滑輪。所述可變半徑滑輪包括具有可變半徑的槽輪體和形成在周向外表面中的一條或多條腱索溝槽。所述機(jī)械關(guān)節(jié)還包括一個或多個柔性腱索和對抗致動器副，每個致動器副聯(lián)接在一條或多條腱索上并構(gòu)造成沿任一方向繞著所述可變半徑滑輪操作所述腱索以在所述基部支承部件與所述轉(zhuǎn)動支承部件之間形成可變扭矩。文檔編號B25J9/16GK102196785SQ200980142653公開日2011年9月21日申請日期2009年8月28日優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日發(fā)明者B·麥克萊恩,M·奧利維爾,S·C·雅各布森申請人:雷神公司