一种基于仿生结构的肩关节工作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于仿生结构的肩关节工作方法，属于仿生机械技术领域，包括屈伸装置和展伸装置；屈伸装置包括两个对称设置的T型板、上齿轮组、第一电机，上齿轮组包括至少两个依次啮合的齿轮，第一电机驱动上齿轮组转动，带动展伸装置转动；展伸装置包括U型连接板，U型连接板内设有连接块、第二电机和下齿轮组，下齿轮组包括两个啮合的齿轮，连接块包括四个侧面，其中两个相对侧面通过转轴与上齿轮组的末端齿轮相连，另外两个相对侧面通过转轴与下齿轮组顶端的齿轮相连，第二电机驱动下齿轮组转动，带动U型连接板转动，模仿人关节的屈伸、伸展运动，实现机械臂关节处两个自由度的运动，减小机械手臂关节处的体积，实用性强。

A shoulder joint working method based on bionic structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生结构的肩关节工作方法
本专利技术涉及一种用于假肢的肩关节的工作方法，属于仿生机械

技术介绍
每年，世界上因为自然灾害、战伤、先天等原因，会造成人员的肢体残疾，肢体残疾给残疾人士带来了生活上的不方便，为残疾人提供好的服务，是一个积德行善的崇高事业。目前机械手臂领域，机械手臂普遍体积大、质量重，结构不够轻巧，使用不够灵活，工作空间不够大，严重地影响了残疾人士的使用。公开号为CN104908060A的中国专利文件提出了一种五自由度并串联仿生肩关节，实现了肩关节三维平面的运动，但是该机构过于复杂，难免体积过大，外形上与人的肩关节外形上相差甚远，无法用在假肢上；公开号为CN101301755A的中国专利文件提出一种具有偏置输出的3自由度球面并联仿生肩关节，该技术虽然体积较小，但并联机构控制复杂，如果用在假肢上，对于残疾人来说要想实现精确控制不易操作。
技术实现思路
针对现有仿生肩关节难以用在假肢上的技术缺陷，本专利技术提供一种基于仿生结构的肩关节工作方法，该方法使用电机作为动力源，可以模仿人的关节，实现屈/伸、展/伸两个自由度的运动，具有结构精巧、体积小、运动灵活、控制简单的优点，可以更加有效的帮助肢体残疾人士的日常生活。本专利技术的技术方案如下：一种基于仿生结构的肩关节工作方法，该方法所用的仿生肩关节机构包括屈伸装置和展伸装置；屈伸装置包括两个对称设置的T型板，两个T型板之间设有端板，端板上设有上齿轮组，上齿轮组包括至少两个依次啮合的齿轮，端板上设有第一电机，第一电机与上齿轮组顶端的齿轮相连；展伸装置包括U型连接板，U型连接板内设有连接块、第二电机和下齿轮组，下齿轮组包括两个啮合的齿轮，连接块包括四个侧面，其中两个相对侧面通过转轴与上齿轮组的末端齿轮相连，另外两个相对侧面通过转轴与下齿轮组顶端的齿轮相连，下齿轮组底端的齿轮通过转轴与第二电机相连；运行方法包括步骤如下：第一电机驱动，带动与之相连的上齿轮组顶端的齿轮转动，上齿轮组依次啮合转动，通过转轴带动连接块转动，从而使得展伸装置转动，实现模仿人关节的屈伸运动，第一电机停止驱动，屈伸运动停止；第二电机驱动，带动与之相连的下齿轮组底端的齿轮转动，下齿轮组依次啮合转动，通过转轴带动U型连接板转动，进而实现模仿人关节的伸展运动，第二电机停止驱动，伸展运动停止。优选的，所述仿生肩关节机构的上齿轮组包括三个依次啮合的齿轮，上齿轮组顶端的齿轮转动，带动依次啮合的三个齿轮转动。设置了三个齿轮，增大了球关节机构的运动角度，可以防止球关节屈伸运动时发生运动干涉，设置过多齿轮将降低传动效率，增大机构的质量与体积。进一步优选的，所述仿生肩关节机构的端板上的上齿轮组的数量为两列，一列上齿轮组竖向设置第一齿轮、第三齿轮、第五齿轮，另一列上齿轮组竖向设置第二齿轮、第四齿轮、第六齿轮；第一电机包括第一电机第一输出轴和第一电机第二输出轴，第一电机第一输出轴与第一齿轮相连，第一电机第二输出轴与第二齿轮相连；第一电机驱动时，第一电机的两个输出轴同时转动，带动第一齿轮和第二齿轮转动，第一齿轮依次带动第三齿轮、第五齿轮转动，第二齿轮依次带动第四齿轮、第六齿轮转动。进一步优选的，所述仿生肩关节机构的下齿轮组的数量为两列，一列下齿轮组竖向设置第七齿轮、第九齿轮，另一列下齿轮组竖向设置第八齿轮、第十齿轮，第二电机包括第二电机第一输出轴、第二电机第二输出轴，第二电机第一输出轴与第九齿轮相连，第二电机第二输出轴与第十齿轮相连，第七齿轮、第八齿轮之间设有第三传动轴，第三传动轴通过轴承与连接块连接，第三传动轴两端与U型连接板固定连接；第二电机驱动时，第二电机的两个输出轴同时转动，带动第九齿轮和第十齿轮转动，第九齿轮带动第七齿轮转动，第十齿轮带动第八齿轮转动，带动第三传动轴转动，使U型连接板发生转动。第三传动轴相对于连接块灵活运动，第三传动轴与U型连接板共同运动。进一步优选的，所述仿生肩关节机构的T型板上设有连接孔，连接块两个相对的侧面设有通孔，第三齿轮与第四齿轮之间设有第一传动轴，第五齿轮与第六齿轮之间设有第二传动轴，第一传动轴通过轴承与T型板的连接孔相连，第二传动轴贯穿连接块的通孔后通过轴承与T型板的连接孔相连。第一传动轴与第二传动轴均通过轴承连接在T型板之间，从而使第一传动轴、第二传动轴相对于T型板能灵活运动。优选的，所述仿生肩关节机构还包括控制器，控制器与第一电机、第二电机相连，由控制器控制第一电机和第二电机的运动启停和运动时长，控制器为STM32控制器；使用控制器控制第一电机开始工作，第一电机第一输出轴带动第一齿轮转动，第一电机第二输出轴带动第二齿轮转动，进而第一齿轮带动第三齿轮转动，第三齿轮带动第五齿轮转动，第二齿轮带动第四齿轮转动，第四齿轮带动第六齿轮转动；第五齿轮、第六齿轮带动第二传动轴转动，第二传动轴带动连接块转动，连接块带动整个球关节机构下部分展伸装置转动，进而实现了模仿人关节的屈伸运动，通过控制器控制第一电机停止工作，则整个球关节机构下部分展伸装置停止转动；通过控制器控制第二电机开始工作，第二电机第一输出轴带动第九齿轮转动，第二电机第二输出轴带动第十齿轮转动，第九齿轮带动第七齿轮转动，第十齿轮带动第八齿轮转动，第七齿轮、第八齿轮带动第三传动轴转动，第三传动轴带动U型连接板转动，进而实现了模仿人关节的伸/展运动，通过控制器控制第二电机停止工作，则整个球关节机构下部分停止转动。优选的，所述仿生肩关节机构的第一电机通过第一电机连接板与端板相连。优选的，所属仿生肩关节机构的第二电机通过第二电机连接板与连接块相连。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过设置全新的屈/伸装置和展/伸装置，并通过控制器控制步进电机，实现了模仿人的关节实现运动复现，实现了屈伸、展收运动。通过多级传动齿轮的应用，实现了动力的远距离传送，减小了机构的体积，增大的关节转动的角度。本专利技术可以帮助残疾人士的日常生活。结构简单新颖，质量小，体积小，操作简单，运行方便，实用性强。附图说明图1是仿生肩关节机构整体结构前视图；图2是仿生肩关节机构整体结构左视图；图3是拆去上部分仿生肩关节机构整体结构前视图；图4是仿生肩关节机构整体结构俯视图；图5是仿生肩关节机构整体结构立体图；图6是拆去上部分仿生肩关节机构整体结构左视图；图7是拆去上部分仿生肩关节机构整体结构俯视图；其中：1、第七齿轮，2、T型板，3、第三传动轴，4、第八齿轮，5、第十齿轮，6、第二电机第二输出轴，7、第二电机连接板，8、U型连接板，9、第二电机，10、第二电机第一输出轴，11、第九齿轮，12、第五齿轮，13、第三齿轮，14、第一齿轮，15、第一电机第一输出轴，16、第一电机，17、第一电机连接板，18、第一电机第二输出轴，19、第二齿轮，20、第一传动轴，21、第四齿轮，22、第六齿轮，23、第二传动轴，24、连接块。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。如图1-7所示。实施例1：一种基于仿生结构的肩关节工作方法，基于仿生肩关节机构，所述仿生肩关节机构包括屈伸装置和展伸装置；屈伸装置包括两个对称设置的T型板2，两个T型板2之间设有端板，端板上设有上齿轮组，上齿轮组包括两个依次啮合的齿轮，端板上设有第一电机16，第一电机16与上齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿生结构的肩关节工作方法，其特征在于，基于仿生肩关节机构，所述仿生肩关节机构包括屈伸装置和展伸装置；屈伸装置包括两个对称设置的T型板，两个T型板之间设有端板，端板上设有上齿轮组，上齿轮组包括至少两个依次啮合的齿轮，端板上设有第一电机，第一电机与上齿轮组顶端的齿轮相连；展伸装置包括U型连接板，U型连接板内设有连接块、第二电机和下齿轮组，下齿轮组包括两个啮合的齿轮，连接块包括四个侧面，其中两个相对侧面通过转轴与上齿轮组的末端齿轮相连，另外两个相对侧面通过转轴与下齿轮组顶端的齿轮相连，下齿轮组底端的齿轮通过转轴与第二电机相连；运行方法包括步骤如下：第一电机驱动，带动与之相连的上齿轮组顶端的齿轮转动，上齿轮组依次啮合转动，通过转轴带动连接块转动，从而使得展伸装置转动，实现模仿人关节的屈伸运动，第一电机停止驱动，屈伸运动停止；第二电机驱动，带动与之相连的下齿轮组底端的齿轮转动，下齿轮组依次啮合转动，通过转轴带动U型连接板转动，进而实现模仿人关节的伸展运动，第二电机停止驱动，伸展运动停止。

【技术特征摘要】
2019.04.15 CN 201920501208X1.一种基于仿生结构的肩关节工作方法，其特征在于，基于仿生肩关节机构，所述仿生肩关节机构包括屈伸装置和展伸装置；屈伸装置包括两个对称设置的T型板，两个T型板之间设有端板，端板上设有上齿轮组，上齿轮组包括至少两个依次啮合的齿轮，端板上设有第一电机，第一电机与上齿轮组顶端的齿轮相连；展伸装置包括U型连接板，U型连接板内设有连接块、第二电机和下齿轮组，下齿轮组包括两个啮合的齿轮，连接块包括四个侧面，其中两个相对侧面通过转轴与上齿轮组的末端齿轮相连，另外两个相对侧面通过转轴与下齿轮组顶端的齿轮相连，下齿轮组底端的齿轮通过转轴与第二电机相连；运行方法包括步骤如下：第一电机驱动，带动与之相连的上齿轮组顶端的齿轮转动，上齿轮组依次啮合转动，通过转轴带动连接块转动，从而使得展伸装置转动，实现模仿人关节的屈伸运动，第一电机停止驱动，屈伸运动停止；第二电机驱动，带动与之相连的下齿轮组底端的齿轮转动，下齿轮组依次啮合转动，通过转轴带动U型连接板转动，进而实现模仿人关节的伸展运动，第二电机停止驱动，伸展运动停止。2.根据权利要求1所述的基于仿生结构的肩关节工作方法，其特征在于，所述仿生肩关节机构的上齿轮组包括三个依次啮合的齿轮，上齿轮组顶端的齿轮转动，带动依次啮合的三个齿轮转动。3.根据权利要求2所述的基于仿生结构的肩关节工作方法，其特征在于，所述仿生肩关节机构的端板上的上齿轮组的数量为两列，一列上齿轮组竖向设置第一齿轮、第三齿轮、第五齿轮，另一列上齿轮组竖向设置第二齿轮、第四齿轮、第六齿轮；第一电机包括第一电机第一输出轴和第一电机第二输出轴，第一电机第一输出轴与第一齿轮相连，第一电机第二输出轴与第二齿轮相连；第一电机驱动时，第一电机的两个输出轴同时转动，带动第一齿轮和第二齿轮转动，第一齿轮依次带动第三齿轮、第五齿轮转动，第二齿轮依次带动第四齿轮、第六齿轮转动。4.根据权利要求3所述的基于仿生结构的肩关节工作方法，其特征在于，所述仿生肩关节机构的下齿轮组的数量为两列，一列下齿轮组竖向设置第七齿轮、第九齿轮，另一列下齿轮组竖向设置第八齿轮、第十齿轮，第二电机包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传江，陈晨，江浩，孙秀娟，樊炳辉，王恒，刘汉进，赵宪正，周健博，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37