拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节.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CN105538339A(43)申请公布日2016.05.04(21)申请号201610097028.0(22)申请日2016.02.23(71)申请人中国计量学院地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号(72)发明人王斌锐沈国阳张斌王飞洋干苏金英连(74)专利代理机构浙江杭州金通专利事务所有限公司33100代理人王佳健(51)Int.Cl.B25J17/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节(57)摘要本发明属于仿生机器人技术领域，特别涉及一种拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节。本发明包括第一上固定座、第二上固定座、下固定座、圆弧形齿条、限位块、关节座、第一轴销、第二轴销、关节轴、第一直齿轮、第二直齿轮、第一轴承、第二轴承、第一气动肌肉、第二气动肌肉、I型接头和关节支架。本发明采用气动肌肉驱动，具有机构简单、节能以及柔顺性好等优点。气动肌肉拉动实现的关节支架摆动与齿轮传动引起的关节座摆动叠加，增加了关节的摆角范围。同时本发明很好的模拟了人类膝关节只能单侧摆动的特性，值得应用。CN105538339ACN105538339A权利要求书1/1页1.拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节，包括第一上固定座（101）、第二上固定座（102）、下固定座（103）、圆弧形齿条（1a）、限位块（1b）、关节座（2）、第一轴销（301）、第二轴销（302）、关节轴（4）、第一直齿轮（501）、第二直齿轮（502）、第一轴承（601）、第二轴承（602）、第一气动肌肉（701）、第二气动肌肉（702）、I型接头（8）和关节支架（9），其特征在于：第一上固定座（101）与第二上固定座（102）之间设置有关节座（2），关节座（2）的一端通过第一轴销（301）与第一上固定座（101）、第二上固定座（102）相铰接，第一气动肌肉（701）的一端固接有I型接头（8），且同样通过第一轴销（301）与第一上固定座（101）、第二上固定座（102）相铰接；关节支架（9）的一端通过关节轴（4）与关节座（2）相铰接，关节轴（4）与关节座（2）之间设置有第一轴承（601）且关节轴（4）与关节支架（9）固接；第二气动肌肉（702）的一端固接有I型接头（8）且通过第二轴销（302）与关节座（2）的另一端相铰接，第一气动肌肉（701）、第二气动肌肉（702）以及关节支架（9）的另一端均与下固定座（103）固接；关节轴（4）的两端分别固接有第一直齿轮（501），第二轴销（302）的两端分别设置有第二直齿轮（502），第二直齿轮（502）与第二轴销(302)之间设置有第二轴承（602），第一直齿轮（501）与第二直齿轮（502）啮合；所述的第一上固定座（101）和第二上固定座（102）中部镂空，靠第二直齿轮（502）左侧的镂空面为以第一轴销（301）为圆心的圆弧面，且圆弧面上设置有若干内齿形成圆弧形齿条（1a）；圆弧形齿条（1a）的分度圆半径等于以第一轴销（301）到第二轴销（302）的距离与第二直齿轮（502）分度圆半径之和，且圆弧形齿条（1a）与第二直齿轮（502）啮合；在第一上固定座（101）与第二上固定座（102）之间以及关节座（2）上方还设置有限位块（1b）。2CN105538339A说明书1/3页拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节技术领域[0001]本发明属于仿生机器人技术领域，特别涉及一种拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节。背景技术[0002]传统的转动关节一般采用定轴转动的设计，仿生特性不够突出。人和动物的关节在转动时有别于这种定轴转动方式，而是在肌肉及肌腱拉动下，促使关节间两软骨端面发生相对滑动。由于软骨端面的曲率比较复杂，因此人和动物关节的这种转动可看作是转轴位置在变化的一种转动方式，即变转轴转动。现有的关节驱动方式一般为电机驱动，这种驱动方式由于需要加装减速装置，使得机构复杂臃肿。同时关节在摆动过程中往往使得电机处于频繁加减速的运行状态，效率低下。另外，电机作为一种刚性驱动元件，导致电机驱动的关节的仿生性能欠佳。气动肌肉作为一种新型气动执行元件，充气后可以实现轴向收缩和径向膨胀，具有很强的生物肌肉特性，同时具有功率重量比高、响应速度快、成本低廉等优点，在机器人、仿生机械等领域中有着广泛的应用。[0003]当前采用气动肌肉驱动的关节多为拮抗式和并联式。由于气动肌肉的收缩率有限，使得关节的摆角范围十分有限，且达不到人类和动物关节的仿生效果。经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献[申请号：201310460748.5]公开了一种气动肌肉驱动的变转轴仿生关节，包括筒身，筒