一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)，包括一固定底板上垂直固定有支撐桿而形成的倒置T型基座，支撐桿的頂部設(shè)置有繞支撐桿頂部支點(diǎn)作翹翹板運(yùn)動(dòng)的臂桿，臂桿位于支撐桿頂點(diǎn)的兩側(cè)分別為臂桿根端和臂桿梢端，臂桿根端和臂桿梢端分別通過鉸接件鉸接有扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的下方依次連接有限力件、減速器和電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)固定在倒置T型基座的固定底板上，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)迅速，由于扭轉(zhuǎn)體可以是選用多根軟索制成，每一個(gè)關(guān)節(jié)就是有一定損傷也能完成動(dòng)作，性能可靠，成本低。
【專利說明】一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳動(dòng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，本發(fā)明涉及一種作為仿生機(jī)械臂組成單元的基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)是用液壓系統(tǒng)與人造肌肉實(shí)現(xiàn)。
[0003]機(jī)械手臂的執(zhí)行可以是靠液壓系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)包括(I)使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔；(2)對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；(3)液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；(4)用油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災(zāi)隱患；(5)傳動(dòng)效率低。由于以上介紹的液壓系統(tǒng)存在的問題，以及介質(zhì)響應(yīng)較慢，液壓系統(tǒng)的反應(yīng)不夠靈活，都是仿生機(jī)械臂采用液壓系統(tǒng)的不利因素。
[0004]機(jī)械手臂的執(zhí)行也可以是靠人造肌肉，人造肌肉是把管狀導(dǎo)電塑料集束成肌肉一樣的復(fù)合體，在管內(nèi)注入特殊液體，導(dǎo)電性高分子在溶液中釋放出離子，在電流的刺激下完成伸縮動(dòng)作。通過控制電流強(qiáng)弱調(diào)整離子的數(shù)量，可以改變?nèi)嗽旒∪獾纳炜s性。從而可以帶動(dòng)機(jī)械臂產(chǎn)生動(dòng)作。
[0005]人造肌肉的制作材料有多種，要根據(jù)不同的使用條件選用不如的材料，如在外部空間的極端溫度環(huán)境中，人造肌肉最好采用有機(jī)硅塑料，已經(jīng)證明這種材料可以在零下100攝氏度的真空環(huán)境下工作。對(duì)于要求更大輸出力的應(yīng)用，可能需要更多的聚合物材料或者將多臺(tái)設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián)。也就是說人造肌肉的適應(yīng)性不太好。激活電絕緣橡膠致動(dòng)器的電壓相對(duì)較高，通常為I到5千伏，高電壓要用于移動(dòng)設(shè)備，因?yàn)殡姵赝ǔＪ堑碗妷旱模蚨€需要附加的變壓線圈。電絕緣橡膠的耐久性可能是無預(yù)兆的情況下失效。
[0006]由于技術(shù)不夠成熟，性能不夠穩(wěn)定，不可預(yù)知失效及經(jīng)不住較小的損傷，這些都是仿生機(jī)械臂采用人造肌肉的不利因素。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的相對(duì)不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、就是有一定損傷也能完成動(dòng)作、性能可靠、成本低的基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)，該屈伸關(guān)節(jié)可作為仿生機(jī)械臂的基本組成單元。
[0008]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)，其特征在于，包括一固定底板上垂直固定有支撐桿而形成的倒置T型基座，支撐桿的頂部設(shè)置有繞支撐桿頂部支點(diǎn)作翹翹板運(yùn)動(dòng)的臂桿，臂桿位于支撐桿頂點(diǎn)的兩側(cè)分別為臂桿根端和臂桿梢端，臂桿根端和臂桿梢端分別通過鉸接件鉸接有扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的下方依次連接有限力件、減速器和電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)固定在倒置T型基座的固定底板上，其中，
[0009]扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置包括一主動(dòng)件，主動(dòng)件與扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件連接，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件的末端連接有從動(dòng)件，其中，主動(dòng)件與限力件連接，從動(dòng)件與臂桿鉸接；扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件為軟體繩索，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件的一端固定在主動(dòng)件上，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件與主動(dòng)件保持位置相對(duì)固定，主動(dòng)件旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件下部旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件扭轉(zhuǎn)擰緊并壓縮，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件的另一端向主動(dòng)件方向移動(dòng)，從而帶動(dòng)從動(dòng)件向主動(dòng)件方向移動(dòng)，與從動(dòng)件鉸接的臂桿下壓；外力作用下帶動(dòng)從動(dòng)件遠(yuǎn)離主動(dòng)件移動(dòng)，從動(dòng)件帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件松開并伸展，帶動(dòng)主動(dòng)件反向旋轉(zhuǎn)；
[0010]臂桿根端的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置在限力件的帶動(dòng)下壓縮扭轉(zhuǎn)，使臂桿根端繞支點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，臂桿梢端下的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件松開并伸展，臂桿梢端向上運(yùn)動(dòng)；相同的，臂桿梢端的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的主動(dòng)件在限力件的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件擰緊旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)從動(dòng)件向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)臂桿梢端繞支點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，另一側(cè)的臂桿根端下的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件松開并伸展，臂桿根端向上運(yùn)動(dòng)，如此循環(huán)形成關(guān)節(jié)的屈伸。
[0011]所述的限力件上設(shè)有電磁閥，電磁閥內(nèi)設(shè)有一銷軸，銷軸上套有彈簧，銷軸一端伸出電磁閥外并銷入主動(dòng)件的預(yù)留孔中，使得限力件通過銷軸帶動(dòng)主動(dòng)件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電磁閥通電，銷軸被電磁閥線圈吸入，限力件與主動(dòng)件周向斷開連接，即限力件與主動(dòng)件的周向旋轉(zhuǎn)互不相關(guān)，電磁閥斷電，銷軸在彈簧的回復(fù)力作用下伸出電磁閥并銷入主動(dòng)件。
[0012]所述的限力件為彈性離合器，包括一由減速器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸，芯軸上設(shè)有卡槽，卡槽內(nèi)設(shè)有彈簧，彈簧上套裝有活動(dòng)撥叉，撥叉頂部卡合在外圈的內(nèi)齒圈，芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過撥叉帶動(dòng)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈與扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的主動(dòng)件連接，并帶動(dòng)主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]優(yōu)選的，所述的軟體繩索外表面套裝有套管。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)迅速，由于扭轉(zhuǎn)體可以是選用多根軟索制成，每一個(gè)關(guān)節(jié)上的部分軟索就是有一定損傷也能完成動(dòng)作，性能可靠，成本低。本發(fā)明采用的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，比流體傳動(dòng)簡單、比四桿機(jī)構(gòu)靈活、比凸輪機(jī)構(gòu)行程大，同時(shí)可根據(jù)主動(dòng)件不同的轉(zhuǎn)角使從動(dòng)件在一定范圍內(nèi)有無極的類直線行程，同時(shí)扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)主動(dòng)件與從動(dòng)件之間在不傳導(dǎo)動(dòng)力時(shí)是相對(duì)分離的，一方的振動(dòng)不會(huì)對(duì)另一方有太大影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:
[0016]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為圖1中限力件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為圖1中扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0021]參照?qǐng)D1、圖2, —種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié),包括一固定底板12上垂直固定有支撐桿13形成的倒置T型基座，支撐桿13的頂部設(shè)置有繞支撐桿頂部支點(diǎn)作翹翹板運(yùn)動(dòng)的臂桿14，臂桿14位于支撐桿13頂點(diǎn)的兩側(cè)分別為臂桿根端和臂桿梢端，臂桿根端和臂桿梢端分別通過鉸接件15鉸接有扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置16，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置16的下方依次連接有限力件17、減速器18和電動(dòng)機(jī)19，電動(dòng)機(jī)19固定在倒置T型基座的固定底板12上，減速器18可以采用行星齒輪減速機(jī)，其太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng)為主動(dòng)件，行星齒輪的內(nèi)齒圈也與固定底板12固定，從而電動(dòng)機(jī)19的電機(jī)軸帶動(dòng)了行星架做減速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0022]限力件為一彈性離合器，包括一由減速器18帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸20，芯軸20上設(shè)有卡槽21，卡槽21內(nèi)設(shè)有彈簧22，彈簧22上套裝有活動(dòng)撥叉23，撥叉23頂部卡合在外圈24的內(nèi)齒圈25，芯軸20轉(zhuǎn)動(dòng)通過撥叉23帶動(dòng)外圈24轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈24與扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置16的主動(dòng)件連接，并帶動(dòng)主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)阻力太大時(shí)，彈簧22被壓縮，撥叉23向內(nèi)退讓，與內(nèi)齒圈25分離，芯軸20空轉(zhuǎn)帶不動(dòng)外圈24，實(shí)現(xiàn)限力作用。
[0023]如圖3所示,扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置16包括一主動(dòng)件I,主動(dòng)件I與扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件連接2,扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2的末端連接有從動(dòng)件3，主動(dòng)件I與限力件17連接，從動(dòng)件3與臂桿14鉸接；從而帶動(dòng)從動(dòng)件3向主動(dòng)件I方向運(yùn)動(dòng)，由于從動(dòng)件3與臂桿14鉸接，因此帶動(dòng)臂桿14梢端下壓，當(dāng)臂桿14根端的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，采用同樣的扭轉(zhuǎn)壓縮使得臂桿根端下壓，則給臂桿梢端一個(gè)向上的外力，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2松開并伸展，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2的另一端向遠(yuǎn)離主動(dòng)件I方向移動(dòng)，帶動(dòng)主動(dòng)件I反向旋轉(zhuǎn)；
[0024]如圖4所示，限力件17上設(shè)有電磁閥4,電磁閥4內(nèi)設(shè)有一銷軸41,銷軸41上套有彈簧42，銷軸42 —端伸出電磁閥4外并銷入主動(dòng)件I的預(yù)留孔中，使得限力件17通過銷軸42帶動(dòng)主動(dòng)件I做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電磁閥4通電，銷軸41被電磁閥線圈43吸入，限力件17與主動(dòng)件I周向斷開連接，電磁閥4斷電，銷軸41在彈簧42的回復(fù)力作用下伸出電磁閥4并銷入主動(dòng)件I。
[0025]其中主動(dòng)件1、從動(dòng)件3可以設(shè)計(jì)為圓盤狀，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2為一組軟體繩索，軟體繩索外套裝有套管(圖中未示出)，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2的每根軟索均布并固定于圓盤邊緣。電磁閥4不通電時(shí)，銷軸41將限力件17與主動(dòng)件I上預(yù)留與銷軸41配合的孔銷住，使得限力件17與主動(dòng)件I做周向固定。當(dāng)電動(dòng)機(jī)19帶動(dòng)減速機(jī)構(gòu)18，限力件17在銷軸42的配合下使主動(dòng)件I旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2下部旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2上部隨從動(dòng)件3與臂桿14鉸接無法轉(zhuǎn)動(dòng)，故扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2扭轉(zhuǎn)擰緊并壓縮，帶動(dòng)從動(dòng)件3向主動(dòng)件I方向移動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)件I停止旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2保持?jǐn)Q緊狀態(tài)，直到電磁閥4通電，銷軸42撥出，主動(dòng)件I與限力件17周節(jié)分離，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2根據(jù)其自己性能保持一種自由狀態(tài)，若有外力拉伸則扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件2松開并伸展，本發(fā)明的拉伸外力由另一個(gè)扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件經(jīng)翹翹板作用而產(chǎn)生，另電磁閥4通電的信號(hào)就是來自另一個(gè)電動(dòng)機(jī)開動(dòng)的信號(hào),這樣臂桿14兩端不會(huì)同時(shí)受力。
[0026]以上實(shí)例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)，其特征在于，包括一固定底板上垂直固定有支撐桿而形成的倒置T型基座，支撐桿的頂部設(shè)置有繞支撐桿頂部支點(diǎn)作翹翹板運(yùn)動(dòng)的臂桿，臂桿位于支撐桿頂點(diǎn)的兩側(cè)分別為臂桿根端和臂桿梢端，臂桿根端和臂桿梢端分別通過鉸接件鉸接有扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的下方依次連接有限力件、減速器和電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)固定在倒置T型基座的固定底板上，其中， 扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置包括一主動(dòng)件，主動(dòng)件與扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件連接，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件的末端連接有從動(dòng)件，其中，主動(dòng)件與限力件連接，從動(dòng)件與臂桿鉸接；扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件為軟體繩索，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件的一端固定在主動(dòng)件上，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件與主動(dòng)件保持位置相對(duì)固定，主動(dòng)件旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件下部旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件扭轉(zhuǎn)擰緊并壓縮，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件的另一端向主動(dòng)件方向移動(dòng)，從而帶動(dòng)從動(dòng)件向主動(dòng)件方向移動(dòng)，與從動(dòng)件鉸接的臂桿下壓；外力作用下帶動(dòng)從動(dòng)件遠(yuǎn)離主動(dòng)件移動(dòng)，從動(dòng)件帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件松開并伸展，帶動(dòng)主動(dòng)件反向旋轉(zhuǎn)； 臂桿根端的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置在限力件的帶動(dòng)下壓縮扭轉(zhuǎn)，使臂桿根端繞支點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，臂桿梢端下的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件松開并伸展，臂桿梢端向上運(yùn)動(dòng)；相同的，臂桿梢端的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的主動(dòng)件在限力件的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件擰緊旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)從動(dòng)件向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)臂桿梢端繞支點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，另一側(cè)的臂桿根端下的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)件松開并伸展，臂桿根端向上運(yùn)動(dòng)，如此循環(huán)形成關(guān)節(jié)的屈伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的限力件上設(shè)有電磁閥，電磁閥內(nèi)設(shè)有一銷軸，銷軸上套有彈簧，銷軸一端伸出電磁閥外并銷入主動(dòng)件的預(yù)留孔中，使得限力件通過銷軸帶動(dòng)主動(dòng)件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電磁閥通電，銷軸被電磁閥線圈吸入，限力件與主動(dòng)件斷開連接，電磁閥斷電，銷軸在彈簧的回復(fù)力作用下伸出電磁閥并銷入主動(dòng)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的限力件為彈性離合器，包括一由減速器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸，芯軸上設(shè)有卡槽，卡槽內(nèi)設(shè)有彈簧，彈簧上套裝有活動(dòng)撥叉，撥叉頂部卡合在外圈的內(nèi)齒圈，芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過撥叉帶動(dòng)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈與扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的主動(dòng)件連接，并帶動(dòng)主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)的屈伸關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的軟體繩索外表面套裝有套管。
【文檔編號(hào)】B25J17/00GK104260105SQ201410436106
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】劉正義 申請(qǐng)人:福建工程學(xué)院