本發(fā)明涉及一種變速旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，具體涉及一種外骨骼機(jī)器人上使用的鋼絲雙向驅(qū)動變速比輸出旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

對于外骨骼機(jī)器人來講，關(guān)節(jié)運(yùn)動控制是至關(guān)重要的一環(huán)。目前已有的關(guān)節(jié)調(diào)速設(shè)計大多是以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速為主，這種運(yùn)動設(shè)計精度較低，對電機(jī)要求較高，電機(jī)負(fù)擔(dān)大，從而導(dǎo)致電機(jī)的體積與成本增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為解決現(xiàn)有采用電機(jī)調(diào)速實現(xiàn)外骨骼關(guān)節(jié)運(yùn)動，電機(jī)輸出扭矩較大，關(guān)節(jié)運(yùn)動精度較低的問題，進(jìn)而提供一種鋼絲雙向驅(qū)動變速比輸出旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：一種鋼絲雙向驅(qū)動變速比輸出旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括輸入軸、一號鋼絲繩、凸輪、二號鋼絲繩和關(guān)節(jié)軸；

所述關(guān)節(jié)軸安裝在支架上，所述輸入軸轉(zhuǎn)動安裝在支架和關(guān)節(jié)軸上，所述凸輪轉(zhuǎn)動安裝在所述關(guān)節(jié)軸上，所述輸入軸的軸向與所述關(guān)節(jié)軸的軸向垂直，所述凸輪的輪面上加工有纏繞鋼絲繩的圓弧形繩槽，所述一號鋼絲繩的一端與所述凸輪的遠(yuǎn)離所述關(guān)節(jié)軸的一端固接，所述一號鋼絲繩鋪設(shè)在所述圓弧形繩槽后纏繞在所述輸入軸上，所述一號鋼絲繩的另一端固定在所述輸入軸上，所述二號鋼絲繩的一端與所述凸輪的鄰近所述關(guān)節(jié)軸的一端固接，所述二號鋼絲繩鋪設(shè)在所述圓弧形繩槽后纏繞在所述輸入軸上，所述二號鋼絲繩的另一端固定在所述輸入軸上，所述一號鋼絲繩和所述二號鋼絲繩在輸入軸的繩段為同方向纏繞。

本發(fā)明的有益效果是：一、采用凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行變速，可降低對電機(jī)輸出扭矩的需求，起到二級減速器的作用，同時傳動比可變。二、該結(jié)構(gòu)具有更好的動態(tài)特性，實時性較高，傳動更加精確。由于人在正常行走時，凸輪的轉(zhuǎn)角大約在0°～35°，此時對外骨骼膝關(guān)節(jié)的出力沒有要求，但是需要高速；人在上樓梯或從下蹲到起立的過程中，凸輪的轉(zhuǎn)角接近135°，角度越大，對出力的要求越大，而不需要高速，由于電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩恒定，普通的傳動機(jī)構(gòu)無法滿足此要求。此凸輪的外輪廓半徑隨著轉(zhuǎn)角的增大而增大，傳動比隨之增大，因此，能夠在小轉(zhuǎn)角時提供高轉(zhuǎn)速、小出力，在大轉(zhuǎn)角時提供低轉(zhuǎn)速、大出力。利用鋼絲繩及凸輪進(jìn)行合理的動力分配，實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動外骨骼機(jī)器人或仿人機(jī)器人，實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)、或者肢肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)等屈伸自由度的運(yùn)動，提高了能量利用率與傳動效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為圖2的A-A向視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

結(jié)合圖1-圖3說明，一種鋼絲雙向驅(qū)動變速比輸出旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括輸入軸1、一號鋼絲繩2、凸輪3、二號鋼絲繩4、關(guān)節(jié)軸5和支架6；

所述關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動安裝在所述支架6上，所述輸入軸1轉(zhuǎn)動安裝在支架6和關(guān)節(jié)軸5上，所述凸輪3固裝在所述關(guān)節(jié)軸5上，所述輸入軸1的軸向與所述關(guān)節(jié)軸5的軸向垂直；

所述凸輪3的輪面上加工有纏繞鋼絲繩的圓弧形繩槽3-1，所述一號鋼絲繩2的一端與所述凸輪3的遠(yuǎn)離所述關(guān)節(jié)軸5的一端固接，所述一號鋼絲繩2鋪設(shè)在所述圓弧形凹槽3-1后纏繞在所述輸入軸1上，所述一號鋼絲繩2的另一端固定在所述輸入軸1上；

所述二號鋼絲繩4的一端與所述凸輪3的鄰近所述關(guān)節(jié)軸5的一端固接，所述二號鋼絲繩4鋪設(shè)在所述圓弧形繩槽3-1后纏繞在所述輸入軸1上，所述二號鋼絲繩4的另一端固定在所述輸入軸1上，所述一號鋼絲繩2和所述二號鋼絲繩4在輸入軸1的繩段為同方向纏繞。輸入軸1通過軸承轉(zhuǎn)動安裝在支架6和關(guān)節(jié)軸5上。

在圖2中電機(jī)減速器輸出端通過鍵傳動與輸入軸1連接將轉(zhuǎn)矩傳遞至輸入軸1。凸輪3的輪面上有用于纏繞繩索的圓弧形繩槽3-1，圓弧形繩槽3-1為連續(xù)設(shè)計。

一號鋼絲繩2的一端固定在遠(yuǎn)離所述關(guān)節(jié)軸5的一端，看作凸輪3的大半徑端，經(jīng)凸輪3的圓弧形繩槽3-1纏繞和輸入軸1的內(nèi)壁向外壁或者外壁向內(nèi)壁(相對于凸輪3劃分內(nèi)外)上纏繞后，一號鋼絲繩2末端固定在輸入軸1上；同理，二號鋼絲繩4的一端固定在凸輪3的鄰近所述關(guān)節(jié)軸5的一端，看作凸輪3的小半徑端，經(jīng)凸輪3的圓弧形繩槽3-1纏繞和輸入軸1的內(nèi)壁向外壁或者外壁向內(nèi)壁(相對于凸輪4劃分內(nèi)外)上纏繞后，二號鋼絲繩4的末端固定在輸入軸1上。整體上效果是一號鋼絲繩2和二號鋼絲繩4在輸入軸1上以相同的方向纏繞。當(dāng)電機(jī)帶動輸入軸1逆時針方向轉(zhuǎn)動(從輸入軸安裝端看)時，二號鋼絲繩4離開凸輪3上的圓弧形繩槽3-1同時在輸入軸1上進(jìn)行纏繞，而一號鋼絲繩2離開輸入軸1同時在凸輪3的圓弧形繩槽3-1上進(jìn)行纏繞，最終通過二號鋼絲繩4的拉力拉動凸輪3繞關(guān)節(jié)軸5沿逆時針方向轉(zhuǎn)動(從上往下看)；當(dāng)電機(jī)帶動輸入軸1順時針方向轉(zhuǎn)動(從輸入軸安裝端看)時，一號鋼絲繩2離開凸輪3上的圓弧形繩槽3-1同時在輸入軸1上進(jìn)行纏繞，而二號鋼絲繩4離開輸入軸1同時在凸輪3的圓弧形繩槽3-1上進(jìn)行纏繞，最終通過一號鋼絲繩2的拉力拉動凸輪3繞關(guān)節(jié)軸5沿順時針方向轉(zhuǎn)動(從上往下看)。

結(jié)合圖1和圖2說明，一種鋼絲雙向驅(qū)動變速比輸出旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)還包括兩個固定塊7，所述固定塊7上加工有凹槽7-1，兩個所述固定塊7分別安裝在所述凸輪3的遠(yuǎn)離所述關(guān)節(jié)軸5的一端和所述凸輪3的鄰近所述關(guān)節(jié)軸5的一端，所述一號鋼絲繩2的一端固裝在所述凸輪3的遠(yuǎn)離所述關(guān)節(jié)軸5的一端上設(shè)置的所述固定塊7的凹槽7-1內(nèi)，所述二號鋼絲繩4的一端固裝在所述凸輪3的鄰近所述關(guān)節(jié)軸5的一端上設(shè)置的所述固定塊7的凹槽7-1內(nèi)。如此設(shè)置，一號鋼絲繩2和二號鋼絲繩4連接可靠，通過頂絲8固定一號鋼絲繩1和二號鋼絲繩4于固定塊7的凹槽7-1內(nèi)。

結(jié)合圖1說明，為了提高傳動效率，方便使用，輸入軸1為階梯軸，所述輸入軸1的小直徑端轉(zhuǎn)動安裝在所述關(guān)節(jié)軸5上，所述輸入軸1的大直徑端轉(zhuǎn)動安裝在所述支架6上。輸入軸1的小直徑端和大直徑端各自通過軸承安裝在關(guān)節(jié)軸5和支架6上，如此設(shè)置，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單。

結(jié)合圖1說明，支架6包括水平板6-1和立板6-2，所述水平板6-1上垂直安裝有一個立板6-2，所述輸入軸1與所述水平板6-1垂直設(shè)置且轉(zhuǎn)動安裝在所述水平板6-1上，所述關(guān)節(jié)軸5與所述立板6-2垂直設(shè)置且轉(zhuǎn)動安裝在所述立板6-2上，所述凸輪3布置在所述立板6-2和所述輸入軸1之間。如此設(shè)置，直角結(jié)構(gòu)的支架6結(jié)構(gòu)簡單，使用方便可靠，能滿足實際使用需求。

結(jié)合圖3說明，與輸入軸1相鄰的所述凸輪3的側(cè)面上設(shè)置有一條圓弧形凸起3-2，所述圓弧形凸起3-2與所述凸輪3的側(cè)面形成圓弧形繩槽3-1，所述圓弧形凸起3-2與所述凸輪3之間具有過渡圓角。如此設(shè)置，加工方便，使用便捷，滿足設(shè)計要求和實際需要。

工作原理

原理：如圖2說明，當(dāng)半徑為r的輸入軸1以ω₁勻速轉(zhuǎn)動時，圓弧形繩槽3-1的曲率半徑為R(θ)的凸輪3的轉(zhuǎn)速為ω₂。則輸入軸1與圓弧形繩槽3-1的外輪廓上的線速度相等得到：rω₁＝R(θ)ω₂，傳動比：只需合理設(shè)計凸輪3的圓弧形繩槽3-1的曲率半徑R(θ)，當(dāng)電機(jī)以恒轉(zhuǎn)速ω₁輸入時，就可以得到所需的變速關(guān)節(jié)輸出ω₂。

本發(fā)明已以較佳實施案例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可以利用上述揭示的結(jié)構(gòu)及技術(shù)內(nèi)容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施案例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施案例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案范圍。