气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108356848A(43)申请公布日2018.08.03(21)申请号201810286683.X(22)申请日2018.03.30(71)申请人天津理工大学地址300384天津市南开区红旗南路延长线天津理工大学主校区(72)发明人刘振忠朱海星王巨涛(74)专利代理机构天津才智专利商标代理有限公司12108代理人王梦(51)Int.Cl.B25J17/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节(57)摘要本发明公开了一种气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节，包括由两个气动人工肌肉和半齿轮构成的气动人工肌肉驱动机构、由伺服电机和安装在所述伺服电机输出轴上的主动伞齿轮构成的伺服电机驱动机构，以及由回转轴、与主动伞齿轮啮合的从动伞齿轮、与半齿轮啮合的圆形齿轮和关节连接轴构成的回转机构，气动人工肌肉和伺服电机分别通过主动伞齿轮与从动伞齿轮之间以及半齿轮与圆形齿轮之间的啮合传动将驱动力同时传输到回转轴，从而通过关节连接轴输出相应的动作；该将气动人工肌肉材料轻质、载荷大、柔性好等优势与伺服电机的精度高、动作响应快等优势进行融合，实现在驱动的过程中二者以相互补偿的方式做出精确的柔顺控制。CN108356848ACN108356848A权利要求书1/1页1.一种气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节，其特征在于，包括设置在一架体上的气动人工肌肉驱动机构、伺服电机驱动机构和回转机构；其中，所述架体包括安装支架(8)和两个对称设置在所述安装支架(8)两侧的L形连接架(3)；所述气动人工肌肉驱动机构包括两个平行设置的气动人工肌肉(1)和一个半齿轮(2)；两个所述气动人工肌肉(1)平行于所述安装支架(8)且分别位于两个所述L形连接架(3)的上方，每个所述气动人工肌肉(1)的伸缩端固定在所述L形连接架(3)的竖板上、充放气端固定在所述安装支架(8)的竖板上；所述半齿轮(2)位于所述安装支架(8)的下方且平行于所述安装支架(8)设置，每个所述L形连接架(3)分别通过一根竖轴与所述半齿轮(2)连接固定，使所述L形连接架(3)能够带动所述半齿轮(2)发生转动；所述伺服电机驱动机构包括一个伺服电机(5)和一个主动伞齿轮(4)；所述伺服电机(5)固定在邻近所述气动人工肌肉(1)伸缩端处的安装支架(8)上，且所述伺服电机(5)的输出轴平行于所述气动人工肌肉(1)设置；所述主动伞齿轮(4)安装在所述伺服电机(5)的输出轴上；所述回转机构包括回转轴(6)、与所述主动伞齿轮(4)啮合的从动伞齿轮(9)以及与所述半齿轮(2)啮合的圆形齿轮(7)；所述从动伞齿轮(9)和所述圆形齿轮(7)分别固定在所述回转轴(6)的两端。2.根据权利要求1所述的气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节，其特征在于，在每个所述L形连接架(3)的竖板以及用于固定所述气动人工肌肉(1)的安装支架(8)的竖板上均开设有一个径向通孔，使每个所述气动人工肌肉(3)的充放气端插装在所述安装支架(8)竖板上的径向通孔内并通过穿装在所述充放气端的且位于所述安装支架(8)竖板两侧的内螺母和外螺母固定在所述安装支架(8)的竖板上；所述气动人工肌肉(3)的伸缩端插装在所述L形连接架(3)竖板上的径向通孔内并通过穿装在所述伸缩端的且位于所述L形连接架(3)竖板两侧的内螺母和外螺母固定在所述L形连接架(3)上。3.根据权利要求1所述的气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节，其特征在于，所述回转机构还包括关节连接轴(10)；所述关节连接轴(10)两端设有内径与所述回转轴(6)外径相适应的弧形凹槽，使所述关节连接轴(10)的端部能够可拆卸设置在所述回转轴(6)的侧壁上。2CN108356848A说明书1/3页气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节技术领域[0001]本发明涉及仿生机器人技术领域，特别涉及一种气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节。背景技术[0002]关节是决定康复和穿戴等机器人性能的核心部件之一。研究轻质、灵巧、具有更高人机相融性的机器人关节结构，有助于开发实用化的康复和穿戴等机器人产品。目前，多数机器人关节采用高刚性的电机作为驱动元件，这种驱动方式响应快，定位精度高，承载能力强。此外还有一部分机器人关节以气动人工肌肉作为驱动元件，这种驱动方式柔顺性好，功率/重量比大，动作平滑；但是，以电机作为驱动元件在实现机器人高功率密度比和整体响应性能、以及具有与人相匹配的柔顺性等方面受到限制，而以气动人工肌肉作为驱动元件只能通过压力控制，不能根据驱动要求来调节驱动特性，存在典型的非线性，难以实现精确地控制。[0003]已公开专利CN105644650A公开了一种由哈尔滨工业大学研制的气电混合驱动的柔性