一种分布式驱动的变刚度关节助力机构制造技术

本发明专利技术提供一种分布式驱动的变刚度关节助力机构，其包括：形状记忆聚合物；加热装置，其附着在所述形状记忆聚合物的长度方向的表面；温度传感器，其粘贴于所述加热装置的表面；铰链层，其粘贴于所述形状记忆聚合物的上下两侧表面；覆盖层，其粘贴于所述铰链层的与所述形状记忆聚合物相反一侧的表面；弹性透气布料，其紧贴着所述覆盖层地将所述覆盖层、所述铰链层、所述温度传感器、所述加热装置以及所述形状记忆聚合物收纳在内。利用形状记忆聚合物驱动变刚度关节助力机构，能够改变助力器单一驱动源的问题，使助力器发展为分布式驱动，各关节驱动更精确，互相干扰程度更小，起到使设备轻便化、工作时间延长的效果。

A Distributed Joint Booster with Variable Stiffness

The invention provides a distributed driven variable stiffness joint booster mechanism, which includes: shape memory polymer; heating device, which is attached to the surface of the shape memory polymer in the length direction; temperature sensor, which is attached to the surface of the heating device; hinge layer, which is attached to the shape memory polymer. The upper and lower sides of the surface; the covering layer, which is pasted on the surface opposite to the shape memory polymer of the hinge layer; the elastic breathable fabric, which is closely attached to the covering layer, incorporates the covering layer, the hinge layer, the temperature sensor, the heating device and the shape memory polymer. \u3002 Using shape memory polymer to drive variable stiffness joint booster mechanism can change the problem of single driving source of booster, and make booster develop into distributed driving. The driving of each joint is more precise, and the degree of mutual interference is less. It can make the equipment lighter and the working time longer.

【技术实现步骤摘要】
一种分布式驱动的变刚度关节助力机构
本专利技术涉及一种助力机构，特别是一种分布式驱动的变刚度关节助力机构。
技术介绍
目前，关节助力技术在人类的康复治疗以及工业、建筑、消防等领域中使用越来越广泛，关节助力技术动力驱动通常通过直流伺服电机、液压、气压、柔性拉索等实现功能，但设备本身过于沉重(一般在20KG以上)，由于设备沉重，所配备电池提供的电量一般只够使用2个小时左右；设备结构复杂，很容易干涉佩戴者自身的活动；体积庞大，限制了应用环境的广泛性；设备成本高昂，不能应用于大众化人群。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种分布式驱动的变刚度关节助力机构。本专利技术主要利用形状记忆聚合物驱动变刚度关节助力机构，能够改变助力器单一驱动源的问题，使助力器发展为分布式驱动，各关节驱动更精确，互相干扰程度更小，起到使设备轻便化、工作时间延长的效果。本专利技术采用的技术手段如下：一种分布式驱动的变刚度关节助力机构，其包括：形状记忆聚合物3；加热装置，其附着在所述形状记忆聚合物的长度方向的表面；温度传感器，其粘贴于所述加热装置的表面；铰链层，其粘贴于所述形状记忆聚合物的上下两侧表面；覆盖层，其粘贴于所述铰链层的与所述形状记忆聚合物相反一侧的表面；弹性透气布料，其紧贴着所述覆盖层地将所述覆盖层、所述铰链层、所述温度传感器、所述加热装置以及所述形状记忆聚合物收纳在内。所述铰链层和所述覆盖层的中间设置有折页槽。所述加热装置设置在所述形状记忆聚合物的上下方向的一侧或者两侧。所述温度传感器设置在所述折页槽中，并且所述温度传感器是贴片式温度传感器。所述形状记忆聚合物是冷变形成型。本专利技术具有以下优点：1、通过形状记忆聚合物驱动，设备轻便，使用电池供电时，工作时间大幅度提升。2、结构简单，体积小，对人体自身运动干扰小，应用范围扩大，既可作为康复器械，也可适用于体力劳动者。3、形状记忆聚合物在温度不同时所表现的刚度不同，根据所提重物的不同改变其加热温度，匹配更合适的刚度，既能完成任务，也可避免不必要的能源浪费，延长电池工作时长。4、此助力器造价低，可适用于大众化人群。5，有望改变目前市场助力器单一驱动源的问题，使助力器有望发展为分布式驱动，各关节驱动更精确，互相干扰程度更小。基于上述理由本专利技术可在关节助力机构等领域广泛推广，附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的助力机构的主视剖面图。图2为本专利技术的助力机构的左视图。图3为本专利技术的助力机构的俯视图。图4为本专利技术的助力机构内部结构俯视图。图5为本专利技术的助力机构内部结构主视图。图6为本专利技术的铰链层结构图。图7为本专利技术的覆盖层结构图。图8为本专利技术的助力机构工作原理图。图中：1、弹性透气布料内层，2、弹性透气布料外层，3、形状记忆聚合物，4、第一覆盖层，5、第一铰链层，6、第二铰链层，7、第二覆盖层，8、第三覆盖层，9、第三铰链层，10、第四铰链层，11、第四覆盖层，12、贴片式温度传感器，13、第一电热丝，14、第二电热丝，15、胳膊。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施方式1图1示出关节助力机构的主视剖视图，在该分布式驱动的变刚度关节助力机构中，弹性透气布料包括：弹性透气布料内层1、弹性透气布料外层2，铰链层包括：第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10，覆盖层包括：第一覆盖层4、第二覆盖层7、第三覆盖层8、第四覆盖层11，加热装置包括第一电热丝13、第二电热丝14。如图1所示，第一电热丝13、第二电热丝14覆盖在形状记忆聚合物3的上下表面，第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10通过杜邦PyraluxLF0100LF亚克力黏胶将其粘着在形状记忆聚合物3的上下表面，第一覆盖层4、第二覆盖层7、第三覆盖层8、第四覆盖层11、通过杜邦PyraluxLF0100LF亚克力黏胶粘着在第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10的与形状记忆聚合物3相反一侧的表面，贴片式温度传感器12粘着在第一电热丝13、第二电热丝14表面，实时测量电热丝温度变化，形状记忆聚合物3、第一电热丝13、第二电热丝14、第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10、第一覆盖层4、第二覆盖层7、第三覆盖层8、第四覆盖层11、贴片式温度传感器12组成的内部结构封装在弹性透气布料内层1与弹性透气布料外层2之间，组成一个完整的由形状记忆聚合物3驱动的助力器。图2为助力器侧视图，示出弹性透气布料内层1、弹性透气布料外层2、形状记忆聚合物3、第一覆盖层4、第一铰链层5、第二铰链层6、第二覆盖层7、第一电热丝13、第二电热丝14各层之间的位置关系。图3为助力器内部结构俯视图，温度传感器12附着在第一电热丝13表面，实时测量第一电热丝13的加热温度。图4为助力器内部结构主视图，示出各部件的安装位置及结构。图5为铰链层结构图，在第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10的中间位置开设有折页槽，便于形状记忆聚合物3传递力，铰链层既起到了传递力的作用，也起到了隔温的作用。图6为覆盖层结构图，在第一覆盖层4、第二覆盖层7、第三覆盖层8、第四覆盖层11的中间位置开设有折页槽，方便由第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10传递来的力进行传递，覆盖层既起到传递力的作用，也起到了隔温的作用。图7为工作原理图，在第一电热丝13、第二电热丝14加热到形状记忆聚合物3的玻璃化温度以上时，形状记忆聚合物3恢复为预设好的形状，其向内侧的弯折力成为助力器工作的动力。如图1-7所示，形状记忆聚合物3为冷变形成型，当温度低于玻璃化温度时，其变形态为图1所示状态，即水平状态。当第一电热丝13和第二电热丝14加热时，当温度高于玻璃化温度时，形状记忆聚合物3恢复为图7中预先设定的形态，即一端抬起、另一端水平的形态。所述的第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10通过杜邦PyraluxLF0100LF亚克力黏胶将其粘着在形状记忆聚合物3的上下表面，当形状记忆聚合物3恢复形状时，它们的位置随之改变，在四个铰链层中间所设置的折页槽由于受形状记忆聚合物3恢复形状过程所提供的力的作用，同时向内侧弯折；所述的第一覆盖层4、第二覆盖层7、第三覆盖层8、第四覆盖层11分别通过杜邦PyraluxLF0100LF亚克力黏胶粘着在第一铰链层5、第二铰链层6、第三铰链层9、第四铰链层10的与形状记忆聚合物3相反一侧的表面，在四个覆盖层中间也设置有折页槽，在四个铰链层受力向内侧弯折时，四个覆盖层也向内弯折；所述的第一电热丝13和第二电热丝14附着在形状记忆聚合物3的上下表面，通过对形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式驱动的变刚度关节助力机构，其特征在于，包括：形状记忆聚合物；加热装置，其附着在所述形状记忆聚合物的长度方向的表面；温度传感器，其粘贴于所述加热装置的表面；铰链层，其粘贴于所述形状记忆聚合物的上下两侧表面；覆盖层，其粘贴于所述铰链层的与所述形状记忆聚合物相反一侧的表面；弹性透气布料，其紧贴着所述覆盖层地将所述覆盖层、所述铰链层、所述温度传感器、所述加热装置以及所述形状记忆聚合物收纳在内。

【技术特征摘要】
1.一种分布式驱动的变刚度关节助力机构，其特征在于，包括：形状记忆聚合物；加热装置，其附着在所述形状记忆聚合物的长度方向的表面；温度传感器，其粘贴于所述加热装置的表面；铰链层，其粘贴于所述形状记忆聚合物的上下两侧表面；覆盖层，其粘贴于所述铰链层的与所述形状记忆聚合物相反一侧的表面；弹性透气布料，其紧贴着所述覆盖层地将所述覆盖层、所述铰链层、所述温度传感器、所述加热装置以及所述形状记忆聚合物收纳在内。2.根据权利要求1所述的分布式驱动的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓煜，范振全，高斯佳，马玉林，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21