氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)。它解決了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)不夠合理等技術(shù)問(wèn)題。包括筒身，筒身上側(cè)固設(shè)有上法蘭，筒身一側(cè)穿設(shè)有第一柔性連桿組件，另一側(cè)穿設(shè)有第二柔性連桿組件，筒身下側(cè)穿設(shè)有第三柔性連桿組件，筒身內(nèi)上側(cè)設(shè)有彈性件，筒身內(nèi)設(shè)有具有內(nèi)凹側(cè)邊弧形的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)，曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)上固連有擺動(dòng)桿，擺動(dòng)桿下端位于筒身外且固連安裝板，安裝板上固連有下法蘭。優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)構(gòu)調(diào)解靈活，通用性強(qiáng)，柔性連接組件使得仿生關(guān)節(jié)柔順性好，抖動(dòng)小，滑輪組件使得關(guān)節(jié)擺角范圍大，負(fù)載能力強(qiáng)，擺動(dòng)桿在相關(guān)結(jié)構(gòu)的約束下，擺動(dòng)過(guò)程更加仿生，工作性能更好。
【專利說(shuō)明】氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是涉及一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]多連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是目前仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的熱點(diǎn)和方向。多數(shù)的仿生機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)采用定軸轉(zhuǎn)動(dòng)方式，但動(dòng)物和人類的骨骼型轉(zhuǎn)動(dòng)并不是定軸轉(zhuǎn)動(dòng)方式，而是復(fù)雜的骨頭端面曲面相互的嚙合滑動(dòng)，類似于機(jī)械中的凸輪機(jī)構(gòu)，但曲面要復(fù)雜的多，另外，仿生機(jī)構(gòu)不具備柔順性，模擬動(dòng)物和人類肢體的柔順性運(yùn)動(dòng)特性很困難。多連桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是仿生機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，尤其是四連桿機(jī)構(gòu)。但目前的設(shè)計(jì)方式是根據(jù)需要模擬的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)進(jìn)行多連桿機(jī)構(gòu)綜合，確定機(jī)構(gòu)參數(shù)。不同的運(yùn)動(dòng)軌跡和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)要求，需要不同參數(shù)的機(jī)構(gòu)。由于仿生機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和轉(zhuǎn)動(dòng)特性變化大，使得仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作變得繁瑣。
[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，提出了各式各樣的解決方案。例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種機(jī)構(gòu)參數(shù)可調(diào)的通用型氣動(dòng)肌肉仿生關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)[申請(qǐng)?zhí)?201220550435.X]，包括上連桿、下連桿、轉(zhuǎn)軸連接塊、轉(zhuǎn)軸、彈簧擋板組件、下支撐板轉(zhuǎn)軸槽、轉(zhuǎn)軸槽、上支撐桿、下支撐桿、調(diào)長(zhǎng)螺母、壓緊彈簧、左氣動(dòng)肌肉和右氣動(dòng)肌肉等。上連桿和下連桿用于連接仿生機(jī)構(gòu)中需要相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)肢體。轉(zhuǎn)軸連接塊中開(kāi)有三個(gè)橢圓跑道形轉(zhuǎn)軸槽，上支撐轉(zhuǎn)軸槽、左轉(zhuǎn)軸槽和右轉(zhuǎn)軸槽。左右氣動(dòng)肌肉與中間支撐桿的距離可分別調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)軸的高度和上支撐桿的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，從而使得機(jī)構(gòu)可根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)軌跡要求，進(jìn)行調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了機(jī)構(gòu)的通用性。
[0004]上述方案在一定程度上解決了現(xiàn)有的仿生關(guān)節(jié)不具備柔順性、機(jī)構(gòu)參數(shù)難以調(diào)節(jié)的問(wèn)題，但是該方案依然存在著:機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)不夠靈活，擺角范圍有限，柔順性差，負(fù)載低，擺動(dòng)過(guò)程易抖動(dòng)、失穩(wěn)且轉(zhuǎn)動(dòng)軸位移只能在豎直方向變化的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種通用性強(qiáng)、機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)靈活且轉(zhuǎn)動(dòng)軸位移可按照實(shí)際關(guān)節(jié)進(jìn)行設(shè)置的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了下列技術(shù)方案:本氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，包括臥式設(shè)置的筒身，在筒身上側(cè)固設(shè)有上法蘭，其特征在于，所述的筒身一側(cè)穿設(shè)有第一柔性連桿組件，另一側(cè)穿設(shè)有第二柔性連桿組件，所述的筒身下側(cè)穿設(shè)有第三柔性連桿組件，所述的筒身內(nèi)上側(cè)設(shè)有彈性件，所述的筒身內(nèi)設(shè)有具有內(nèi)凹側(cè)邊弧形的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)，且所述的第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件分別與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣相頂靠，在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)上固連有擺動(dòng)桿，所述的擺動(dòng)桿下端位于筒身外且固連安裝板，在安裝板上固連有下法蘭，所述的第一柔性連桿組件的外端通過(guò)第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝板相連，所述的第二柔性連桿組件的外端通過(guò)第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝板相連，當(dāng)?shù)谝粴鈩?dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擺動(dòng)桿進(jìn)行擺動(dòng)時(shí)所述的第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件約束曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)動(dòng)作從而使下擺動(dòng)桿與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的連接端端部形成與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的內(nèi)凹側(cè)邊弧形相一致的弧形位移。
[0007]顯然，通過(guò)第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的配合約束，當(dāng)擺動(dòng)桿動(dòng)作時(shí)，擺動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸將受到約束，這使得仿生關(guān)節(jié)擺動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位移符合實(shí)際關(guān)節(jié)的骨骼型轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第一柔性連桿組件和第二柔性連桿組件傳導(dǎo)第一氣動(dòng)肌肉和第二氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)力，有效減緩了受力沖擊時(shí)的震動(dòng)，使得擺動(dòng)桿的擺動(dòng)更加柔順，提高仿生機(jī)構(gòu)的工作性能和仿生性能。
[0008]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)對(duì)稱；所述的第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一氣動(dòng)肌肉、第一上連索和第一下連索，所述的第一氣動(dòng)肌肉的一端通過(guò)第一上連索與第一柔性連桿組件外端相連，另一端與第一下連索相連，所述的第一下連索經(jīng)第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與安裝板相連；所述的第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二氣動(dòng)肌肉、第二上連索和第二下連索，所述的第二氣動(dòng)肌肉的一端通過(guò)第二上連索與第二柔性連桿組件外端相連，另一端與第二下連索相連，所述的第二下連索經(jīng)第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與安裝板相連。
[0009]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括第一大滑輪和第一小滑輪，所述的第一大滑輪設(shè)置在第一長(zhǎng)支桿且第一長(zhǎng)支桿固定在筒身上，所述的第一小滑輪設(shè)置在第一短支桿且第一短支桿固定在筒身上，所述的第一下連索繞經(jīng)第一大滑輪的第一下端滑槽和第一小滑輪的第一上端滑槽后與安裝板上的下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈相連；所述的第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括第二大滑輪和第二小滑輪，所述的第二大滑輪設(shè)置在第二長(zhǎng)支桿且第二長(zhǎng)支桿固定在筒身上，所述的第二小滑輪設(shè)置在第二短支桿且第二短支桿固定在筒身上，所述的第二下連索繞經(jīng)第二大滑輪的第二下端滑槽和第二小滑輪的第二上端滑槽后與安裝板上的下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈相連。
[0010]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件和第三柔性連桿組件結(jié)構(gòu)相同，且分別包括固定在筒身上的滑筒套，在滑筒套中穿設(shè)有導(dǎo)桿，所述的導(dǎo)桿的內(nèi)端固定有叉頭，外端設(shè)有上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，所述的叉頭扣于曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣，在導(dǎo)桿和滑筒套之間設(shè)有彈簧，彈簧的一端作用在叉頭上，另一端作用在滑筒套上，第一柔性連桿組件上的上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與第一上連索相連，第二柔性連桿組件上的上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與第二上連索相連。
[0011]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣呈光滑的圓角，且該邊緣沿曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的徑向厚度逐漸減小形成一等腰弧形斜坡，所述的等腰弧形斜坡的形狀與叉頭的叉形相適應(yīng)。
[0012]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的滑筒套與筒身通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)相連。
[0013]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)包括內(nèi)凹側(cè)邊弧形和外凸側(cè)邊弧形，所述的第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件分別與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的外凸側(cè)邊弧形相頂靠，所述的內(nèi)凹側(cè)邊弧形根據(jù)人或動(dòng)物的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸軌跡對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0014]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的兩端中心分別固定有連接塊，所述的連接塊延伸至筒身外，在每個(gè)連接塊上分別固定有一根上述的擺動(dòng)桿。
[0015]在上述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)中，所述的彈性件為弧形彈簧片，且弧形彈簧片的凸面頂在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)上。
[0016]氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)桿擺動(dòng)，擺動(dòng)桿帶動(dòng)曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)在彈性體和叉頭的約束下，迫使擺動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸形成與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)凹側(cè)邊弧形相一致的弧形位移。圓角和斜坡結(jié)構(gòu)使得曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)緊貼叉頭的叉槽，減少擺動(dòng)過(guò)程的抖動(dòng)，保證力傳導(dǎo)的連續(xù)性，按照實(shí)際關(guān)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)的弧面更符合仿生要求?；淄才c筒身螺紋連接使得旋入深度可調(diào)，滑套筒結(jié)構(gòu)使得仿生關(guān)節(jié)可根據(jù)運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)構(gòu)調(diào)解靈活，減少仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作量。柔性連接組件減緩機(jī)構(gòu)的沖擊力，可有效減輕擺動(dòng)桿擺動(dòng)時(shí)的失穩(wěn)和抖動(dòng)，使得擺動(dòng)過(guò)程更加柔順。通過(guò)第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(滑輪組件)增大第一下連索和第二下連索的拉力，增加擺動(dòng)桿擺角和負(fù)載范圍。
[0017]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)在于:設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)構(gòu)調(diào)解靈活，通用性強(qiáng)，柔性連接組件使得仿生關(guān)節(jié)柔順性好，抖動(dòng)小，滑輪組件使得關(guān)節(jié)擺角范圍大，負(fù)載能力強(qiáng)，擺動(dòng)桿在相關(guān)結(jié)構(gòu)的約束下，擺動(dòng)過(guò)程更加仿生，工作性能更好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型提供的仿生關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型提供的柔性連桿組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型提供的圖1所示仿生關(guān)節(jié)的局部左視圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型提供的圖1所示仿生關(guān)節(jié)的工作過(guò)程示意圖。
[0022]圖中，筒身1、上法蘭2、第一柔性連桿組件3、第二柔性連桿組件4、第三柔性連桿組件5、彈性件6、曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7、內(nèi)凹側(cè)邊弧形71、腰弧形斜坡72、外凸側(cè)邊弧形73、擺動(dòng)桿8、安裝板9、下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈90、下法蘭10、第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11、第一氣動(dòng)肌肉111、第一上連索112、第一下連索113、第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)114、第一大滑輪114a、第一小滑輪114b、第一長(zhǎng)支桿114c、第一短支桿114d、第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)13、第二氣動(dòng)肌肉131、第二上連索132、第二下連索133、第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)134、第二大滑輪134a、第二小滑輪134b、第二長(zhǎng)支桿134c、第二短支桿134d、滑筒套14、導(dǎo)桿15、叉頭16、上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈17、彈簧18、連接塊19。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1-4所示，本氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)包括臥式設(shè)置的筒身1，在筒身I上側(cè)固設(shè)有上法蘭2。筒身I 一側(cè)穿設(shè)有第一柔性連桿組件3，另一側(cè)穿設(shè)有第二柔性連桿組件4，筒身I下側(cè)穿設(shè)有第三柔性連桿組件5，筒身I內(nèi)上側(cè)設(shè)有彈性件6，筒身I內(nèi)設(shè)有具有內(nèi)凹側(cè)邊弧形71的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7，且所述的第一柔性連桿組件3、第二柔性連桿組件4、第三柔性連桿組件5和彈性件6分別與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的邊緣相頂靠。在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7上固連有擺動(dòng)桿8，擺動(dòng)桿8下端位于筒身I外且固連安裝板9，在安裝板9上固連有下法蘭10，第一柔性連桿組件3的外端通過(guò)第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11與安裝板9相連，第二柔性連桿組件4的外端通過(guò)第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)13與安裝板9相連。當(dāng)?shù)谝粴鈩?dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)13帶動(dòng)擺動(dòng)桿8進(jìn)行擺動(dòng)時(shí)所述的第一柔性連桿組件3、第二柔性連桿組件4、第三柔性連桿組件5和彈性件6約束曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7動(dòng)作從而使下擺動(dòng)桿8與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的連接端端部形成與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的內(nèi)凹側(cè)邊弧形71相一致的弧形位移。本實(shí)施例中，彈性件6為弧形彈簧片，且弧形彈簧片的凸面頂在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7上，更具體地說(shuō)彈性件6的凸面頂在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的外凸側(cè)邊弧形73。
[0024]第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)13結(jié)構(gòu)對(duì)稱。第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11包括第一氣動(dòng)肌肉111、第一上連索112和第一下連索113，所述的第一氣動(dòng)肌肉111的一端通過(guò)第一上連索112與第一柔性連桿組件3外端相連，另一端與第一下連索113相連，所述的第一下連索113經(jīng)第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)114與安裝板9相連。第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)13包括第二氣動(dòng)肌肉131、第二上連索132和第二下連索133，所述的第二氣動(dòng)肌肉131的一端通過(guò)第二上連索132與第二柔性連桿組件4外端相連，另一端與第二下連索132相連，所述的第二下連索133經(jīng)第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)134與安裝板9相連。
[0025]本實(shí)施例中，第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)114包括第一大滑輪114a和第一小滑輪114b，所述的第一大滑輪114a設(shè)置在第一長(zhǎng)支桿114c且第一長(zhǎng)支桿114c固定在筒身I上，所述的第一小滑輪114b設(shè)置在第一短支桿114d且第一短支桿114d固定在筒身I上，所述的第一下連索113繞經(jīng)第一大滑輪114a的第一下端滑槽和第一小滑輪114b的第一上端滑槽后與安裝板9上的下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈90相連。第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)134包括第二大滑輪134a和第二小滑輪134b，所述的第二大滑輪134a設(shè)置在第二長(zhǎng)支桿134c且第二長(zhǎng)支桿134c固定在筒身I上，所述的第二小滑輪134b設(shè)置在第二短支桿134d且第二短支桿134d固定在筒身I上，所述的第二下連索133繞經(jīng)第二大滑輪134a的第二下端滑槽和第二小滑輪134b的第二上端滑槽后與安裝板9上的下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈90相連。
[0026]第一柔性連桿組件3、第二柔性連桿組件4和第三柔性連桿組件5結(jié)構(gòu)相同，且分別包括固定在筒身I上的滑筒套14，在滑筒套14中穿設(shè)有導(dǎo)桿15，所述的導(dǎo)桿15的內(nèi)端固定有叉頭16，外端設(shè)有上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈17，所述的叉頭16扣于曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的邊緣，在導(dǎo)桿15和滑筒套14之間設(shè)有彈簧18，彈簧18的一端作用在叉頭16上，另一端作用在滑筒套14上，第一柔性連桿組件3上的上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈17與第一上連索112相連，第二柔性連桿組件4上的上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈17與第二上連索132相連?；蔡?4與筒身I通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)相連。
[0027]曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的邊緣呈光滑的圓角，且該邊緣沿曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的徑向厚度逐漸減小形成一等腰弧形斜坡72，等腰弧形斜坡72的形狀與叉頭16的叉形相適應(yīng)。曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7包括內(nèi)凹側(cè)邊弧形71和外凸側(cè)邊弧形73，第一柔性連桿組件3、第二柔性連桿組件4、第三柔性連桿組件5和彈性件6分別與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的外凸側(cè)邊弧形73相頂靠，內(nèi)凹側(cè)邊弧形71根據(jù)人或動(dòng)物的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸軌跡對(duì)應(yīng)設(shè)置。曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7的兩端中心分別固定有連接塊19，所述的連接塊19延伸至筒身I外，在每個(gè)連接塊19上分別固定有一根上述的擺動(dòng)桿8。
[0028]顯然，通過(guò)第一柔性連桿組件、第二柔性連桿組件、第三柔性連桿組件和彈性件與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)的配合約束，當(dāng)擺動(dòng)桿動(dòng)作時(shí)，擺動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸將受到約束，這使得仿生關(guān)節(jié)擺動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位移符合實(shí)際關(guān)節(jié)的骨骼型轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第一柔性連桿組件和第二柔性連桿組件傳導(dǎo)第一氣動(dòng)肌肉和第二氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)力，有效減緩了受力沖擊時(shí)的震動(dòng)，使得擺動(dòng)桿的擺動(dòng)更加柔順，提高仿生機(jī)構(gòu)的工作性能和仿生性能。氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)桿擺動(dòng)，擺動(dòng)桿帶動(dòng)曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)在彈性體和叉頭的約束下，迫使擺動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸形成與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)凹側(cè)邊弧形相一致的弧形位移。圓角和斜坡結(jié)構(gòu)使得曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)緊貼叉頭的叉槽，減少擺動(dòng)過(guò)程的抖動(dòng)，保證力傳導(dǎo)的連續(xù)性，按照實(shí)際關(guān)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)的弧面更符合仿生要求。滑套筒與筒身螺紋連接使得旋入深度可調(diào)，滑套筒結(jié)構(gòu)使得仿生關(guān)節(jié)可根據(jù)運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)構(gòu)調(diào)解靈活，減少仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作量。柔性連接組件減緩機(jī)構(gòu)的沖擊力，可有效減輕擺動(dòng)桿擺動(dòng)時(shí)的失穩(wěn)和抖動(dòng)，使得擺動(dòng)過(guò)程更加柔順。通過(guò)第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(滑輪組件)增大第一下連索和第二下連索的拉力，增加擺動(dòng)桿擺角和負(fù)載范圍。
[0029]仿生關(guān)節(jié)擺動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)述如下:
[0030]如圖4所示，調(diào)節(jié)兩側(cè)第一氣動(dòng)肌肉111和第二氣動(dòng)肌肉131的氣壓，左側(cè)第一氣動(dòng)肌肉111收縮，第二氣動(dòng)肌肉131伸長(zhǎng)，第一下連索113和第二下連索133拉著安裝板9發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝板9帶動(dòng)擺動(dòng)桿8擺動(dòng)，擺動(dòng)桿8帶動(dòng)曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7偏轉(zhuǎn)，在彈性件6、第一柔性連桿組件3、第二柔性連桿組件4、第三柔性連桿組件5的配合作用下，曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7沿著其內(nèi)凹側(cè)邊弧形71轉(zhuǎn)動(dòng)，使擺動(dòng)桿8的轉(zhuǎn)動(dòng)軸位移與內(nèi)凹側(cè)邊弧形71對(duì)應(yīng)。
[0031]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
[0032]盡管本文較多地使用了筒身1、上法蘭2、第一柔性連桿組件3、第二柔性連桿組件
4、第三柔性連桿組件5、彈性件6、曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)7、內(nèi)凹側(cè)邊弧形71、腰弧形斜坡72、外凸側(cè)邊弧形73、擺動(dòng)桿8、安裝板9、下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈90、下法蘭10、第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11、第一氣動(dòng)肌肉111、第一上連索112、第一下連索113、第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)114、第一大滑輪114a、第一小滑輪114b、第一長(zhǎng)支桿114c、第一短支桿114d、第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)13、第二氣動(dòng)肌肉131、第二上連索132、第二下連索133、第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)134、第二大滑輪134a、第二小滑輪134b、第二長(zhǎng)支桿134c、第二短支桿134d、滑筒套14、導(dǎo)桿15、叉頭16、上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈17、彈簧18、連接塊19等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
【權(quán)利要求】
1.一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，包括臥式設(shè)置的筒身(1)，在筒身(I)上側(cè)固設(shè)有上法蘭(2)，其特征在于，所述的筒身(I) 一側(cè)穿設(shè)有第一柔性連桿組件(3)，另一側(cè)穿設(shè)有第二柔性連桿組件(4)，所述的筒身(I)下側(cè)穿設(shè)有第三柔性連桿組件(5)，所述的筒身(I)內(nèi)上側(cè)設(shè)有彈性件(6)，所述的筒身(I)內(nèi)設(shè)有具有內(nèi)凹側(cè)邊弧形(71)的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)，且所述的第一柔性連桿組件(3)、第二柔性連桿組件(4)、第三柔性連桿組件(5)和彈性件(6)分別與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的邊緣相頂靠，在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)上固連有擺動(dòng)桿(8)，所述的擺動(dòng)桿(8)下端位于筒身(I)外且固連安裝板(9)，在安裝板(9)上固連有下法蘭(10)，所述的第一柔性連桿組件(3)的外端通過(guò)第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)與安裝板(9)相連，所述的第二柔性連桿組件(4)的外端通過(guò)第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)與安裝板(9)相連，當(dāng)?shù)谝粴鈩?dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)帶動(dòng)擺動(dòng)桿(8)進(jìn)行擺動(dòng)時(shí)所述的第一柔性連桿組件(3)、第二柔性連桿組件(4)、第三柔性連桿組件(5)和彈性件(6)約束曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)動(dòng)作從而使下擺動(dòng)桿(8)與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的連接端端部形成與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的內(nèi)凹側(cè)邊弧形(71)相一致的弧形位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)和第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)結(jié)構(gòu)對(duì)稱；所述的第一氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)包括第一氣動(dòng)肌肉(111)、第一上連索(112)和第一下連索(113)，所述的第一氣動(dòng)肌肉(111)的一端通過(guò)第一上連索(112)與第一柔性連桿組件(3)外端相連，另一端與第一下連索(113)相連，所述的第一下連索(113)經(jīng)第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(114)與安裝板(9)相連；所述的第二氣動(dòng)肌肉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)包括第二氣動(dòng)肌肉(131)、第二上連索(132)和第二下連索(133)，所述的第二氣動(dòng)肌肉(131)的一端通過(guò)第二上連索(132)與第二柔性連桿組件(4)外端相連，另一端與第二下連索(132)相連，所述的第二下連索(133)經(jīng)第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(134)與安裝板(9)相 連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(114)包括第一大滑輪(114a)和第一小滑輪(114b)，所述的第一大滑輪(114a)設(shè)置在第一長(zhǎng)支桿(114c)且第一長(zhǎng)支桿(114c)固定在筒身(I)上，所述的第一小滑輪(114b)設(shè)置在第一短支桿(114d)且第一短支桿(114d)固定在筒身(I)上，所述的第一下連索(113)繞經(jīng)第一大滑輪(114a)的第一下端滑槽和第一小滑輪(114b)的第一上端滑槽后與安裝板(9)上的下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈(90)相連；所述的第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(134)包括第二大滑輪(134a)和第二小滑輪(134b)，所述的第二大滑輪(134a)設(shè)置在第二長(zhǎng)支桿(134c)且第二長(zhǎng)支桿(134c)固定在筒身(I)上，所述的第二小滑輪(134b)設(shè)置在第二短支桿(134d)且第二短支桿(134d)固定在筒身(I)上，所述的第二下連索(133)繞經(jīng)第二大滑輪(134a)的第二下端滑槽和第二小滑輪(134b)的第二上端滑槽后與安裝板(9)上的下轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈(90)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的第一柔性連桿組件(3)、第二柔性連桿組件(4)和第三柔性連桿組件(5)結(jié)構(gòu)相同，且分別包括固定在筒身(I)上的滑筒套(14)，在滑筒套(14)中穿設(shè)有導(dǎo)桿(15)，所述的導(dǎo)桿(15)的內(nèi)端固定有叉頭(16)，外端設(shè)有上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈(17)，所述的叉頭(16)扣于曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的邊緣，在導(dǎo)桿(15)和滑筒套(14)之間設(shè)有彈簧(18)，彈簧(18)的一端作用在叉頭(16)上，另一端作用在滑筒套(14)上，第一柔性連桿組件(3)上的上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈(17)與第一上連索(112)相連，第二柔性連桿組件(4)上的上轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈(17)與第二上連索(132)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的邊緣呈光滑的圓角，且該邊緣沿曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的徑向厚度逐漸減小形成一等腰弧形斜坡(72)，所述的等腰弧形斜坡(72)的形狀與叉頭(16)的叉形相適應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的滑筒套(14)與筒身(I)通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)包括內(nèi)凹側(cè)邊弧形(71)和外凸側(cè)邊弧形(73)，所述的第一柔性連桿組件(3)、第二柔性連桿組件(4)、第三柔性連桿組件(5)和彈性件(6)分別與曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的外凸側(cè)邊弧形(73)相頂靠，所述的內(nèi)凹側(cè)邊弧形(71)根據(jù)人或動(dòng)物的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸軌跡對(duì)應(yīng)設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的兩端中心分別固定有連接塊(19)，所述的連接塊(19)延伸至筒身(I)外，在每個(gè)連接塊(19 )上分別固定有一根上述的擺動(dòng)桿(8 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)軸仿生關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的彈性件(6)為弧形彈簧片 ，且弧形彈簧片的凸面頂在曲線邊緣轉(zhuǎn)盤(pán)(7)上。
【文檔編號(hào)】B25J17/00GK203579679SQ201320613880
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】王斌銳, 駱浩華, 李青, 金英連 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院