一种包括多球增程关节模块的仿生关节机构制造技术

本发明专利技术提供一种包括多球增程关节模块的仿生关节机构，包括驱动模块、分离传动模块、多球增程关节模块及输出模块；其中驱动模块和分离传动模块分别由三组结构相同的单元组成。根据本发明专利技术所述的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其中的多球增程关节模块具有肌张力仿生功能，很好的表现出了关节的肌张力。

【技术实现步骤摘要】
一种包括多球增程关节模块的仿生关节机构
本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种包括多球增程关节模块的仿生关节机构。
技术介绍
现有的仿生关节，如专利文献1(CN107263523A)记载的基于气动肌肉混联的仿生关节，其仿生人体关节只是实现一般的运动功能、结构外在特征及智能仿生。然而，真实人体中各个关节的活动是与肌腱群有很大关联，其活动是由肌腱群来驱动的，在驱动过程中，肌腱群同时也表现出张力特征，这种特征在医学上叫肌张力，但是，在此领域却很少具有模拟肌张力这种特征，这种特征对于近年来康复医学具有很好的参考价值，特别是处于痉挛，偏瘫等情况的病患者。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新型的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，相对于现有技术而言，多球增程关节模块具有肌张力仿生功能，很好的表现出了关节的肌张力。该机构结合人体解剖学、人体仿生学及人体运动学进行设计，满足康复医学中能表现机器人肌张力的需求。为实现上述目的，专利技术提供如下技术方案：一种包括多球增程关节模块的仿生关节机构，包括驱动模块、分离传动模块、多球增程关节模块及输出模块。进一步的，驱动模块和分离传动模块分别由三组结构相同的单元组成；进一步的，多球增程关节模块具有肌张力仿生功能，很好的表现出了关节的肌张力。附图说明图1是本专利技术的仿生关节机构的整体示意图；图2是本专利技术的多球增程关节模块的示意图；附图标记：集成电机1、减速机2、驱动模块固定座3、及钢丝绳轮4、身体座板5、套管6、驱动张紧座7、驱动张紧螺杆8、角块9、中转板10、输出张紧螺杆11、钢丝绳12、旋转轴承13、输出盘14、输出块15、一级球16、一级球盖17、一级球窝18、二级球19、二级球盖20、二三级球窝21、支撑旋转轴承22、套管压块23、支撑环板24、三级球盖25、三级球26(注意：附图中的所示结构只是为了说明专利技术特征的示意，并非是要依据附图所示结构。)具体实施方式如图1所示，根据本专利技术所述的仿生关节机构，包括驱动模块、分离传动模块、多球增程关节模块及输出模块，其中驱动模块和分离传动模块分别由三组结构相同的单元组成。作为一个优选的实施例，驱动模块包括：集成电机1、减速机2、驱动模块固定座3、钢丝绳轮4及身体座板5。其中，驱动模块至少由三组结构相同的单元组成，具体为：集成电机1与减速机2固联后通过螺钉固定在驱动模块固定座3上，驱动模块固定座3通过螺钉与身体座板5固定，钢丝绳轮4装在减速机2的输出轴上，以便将集成电机1的转动通过减速机2的增力传到钢丝绳轮4上，而钢丝绳轮4只需转动一圈即可满足关节转动的最大角度。作为一个优选的实施例，分离传动模块包括：套管6、驱动张紧座7、驱动张紧螺杆8、角块9、中转板10、输出张紧螺杆11、钢丝绳12、支撑旋转轴承22、套管压块23及支撑环板24。其中，分离传动模块至少也由三组结构相同的单元组成，具体为：角块9与身体座板5和中转板10固联，驱动张紧座7固联在驱动模块固定座3上，而驱动张紧螺杆8与驱动张紧座7通过螺纹相联并可调整钢丝绳12及套管组件6中的套管。同理，输出张紧螺杆11与中转板10通过螺纹相联并可调整钢丝绳12及套管组件6中的套管，在驱动张紧螺杆8与输出张紧螺杆11之间设置一段套管6，在输出张紧螺杆11的另一端也装有一小段钢丝绳及套管组件6中的套管6。支撑环板24内设置有轴承并一起安装于二三级球窝21上，在支撑环板24的外周上通过套管压块23固定了一小段套管6，套管6是钢丝绳12所行走必须穿过的路径，在此路径中，钢丝绳12一端固定在钢丝绳轮4上，另一端固定在输出盘14上，并可在钢丝绳轮4上缠绕一圈用来张拉输出模块中的输出盘14，以此可实现上下肢中关节的肌张力。如图2所述，作为一个优选的实施例，多球增程关节模块包括：一级球16、一级球盖17、一级球窝18、二级球19、二级球盖20、二三级球窝21、三级球盖25及三级球26。其中，一级球16的一端与中转板10固联，另一端为球体，该球体被一级球盖17约束在一级球窝18内，并可在一级球窝18内任意滑转。一级球窝18的另一端与二级球19固联。同理，二级球19被二级球盖20约束在二三级球窝21的二级球窝内，并可在二三级球窝21的二级球窝内任意滑转。同理，三级球26被三级球盖25约束在二三级球窝21的三级球窝内，并可在二三级球窝21的三级球窝内任意滑转，而三级球26的另一端固联在输出块15上。以上一级球16、二级球19及三级球26分别可在空间相对转动45°,三个球体总计最大可旋转135°,从而可满足关节的最大活动度。本实施例中所描述的是三球串联，也可扩展为四球及以上多球串联。三球及三球以上的串联，其目的是增大关节在空间上的运转角度和可到达的最大范围。作为一个优选的实施例，输出模块包括：旋转轴承13、输出盘14及输出块15。其中，旋转轴承13安装在三级球26另一端的光轴上，输出盘14再安装于旋转轴承13的外圈上。当钢丝绳12张拉时，此输出盘14在转动的同时一并将张力通过三级球26传递给输出块15，从而可模拟肢体的肌健群对关节的张力。输出盘14的设置，其目的是随着串联的三球在空间上的转动，可防止钢丝绳12在张拉时不会与其他钢丝绳12纠缠。本实施例中，通过采用钢丝绳12传动以模拟人体关节部分肌腱群的运动，即三组驱动模块和三组分离传动模块共同完成钢丝绳12对人体肌腱群的模拟。实际人体特别是病患者，其关节的肌张力是有不同等级区分的，这种等级区分，本实施例是通过改变驱动模块中的集成电机1的扭力来实现的，对于每一等级，它的肌张力都是恒定的，而这种恒定值的肌张力，只允许钢丝绳轮4在集成电机1的驱动下仅旋转一圈，否则，当钢丝绳12在钢丝绳轮4上缠绕到第二圈时，由于直径的改变而导致张力改变。同时，这也是本实施例中控制上的关键特征，其具体计算公式如下：集成电机1经减速机2输出的扭矩为T,钢丝绳轮4的直径为D,钢丝绳12的直径为d，肌张力为F,那么当钢丝绳12绕n圈时，其缠绕直径近似为D+n*d，则F＝2T/(D+n*d)，由式可知，n只可恒定在某一值方可保持F不变，为了易于控制，本实施例将n选定为1，但并不局限于n选定为1。根据本专利技术所述的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，与现有的仿生关节机构相比，具有以下特点：(1)提供了一种新型的仿生关节机构，可以很好的表现出关节的肌张力。(2)结合人体解剖学、人体仿生学及人体运动学进行设计，满足康复医学中能表现机器人肌张力的需求。以上所述，仅为专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定专利技术的保护范围，凡在专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其特征在于：/n包括驱动模块、分离传动模块、多球增程关节模块及输出模块；/n其中驱动模块和分离传动模块分别由三组结构相同的单元组成；/n并且其中，多球增程关节模块具有肌张力仿生功能，很好的表现出了关节的肌张力。/n

【技术特征摘要】
1.一种包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其特征在于：
包括驱动模块、分离传动模块、多球增程关节模块及输出模块；
其中驱动模块和分离传动模块分别由三组结构相同的单元组成；
并且其中，多球增程关节模块具有肌张力仿生功能，很好的表现出了关节的肌张力。


2.根据权利要求1所述的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其特征在于：
驱动模块包括：集成电机(1)、减速机(2)、驱动模块固定座(3)、钢丝绳轮(4)及身体座板(5)。


3.根据权利要求2所述的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其特征在于：
驱动模块至少由三组结构相同的单元组成，具体为：集成电机(1)与减速机(2)固联后通过螺钉固定在驱动模块固定座(3)上，驱动模块固定座(3)通过螺钉与身体座板(5)固定，钢丝绳轮(4)装在减速机(2)的输出轴上，以便将集成电机(1)的转动通过减速机(2)的增力传到钢丝绳轮(4)上，而钢丝绳轮(4)只需转动一圈即可满足关节转动的最大角度。


4.根据权利要求1所述的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其特征在于：
分离传动模块包括：套管(6)、驱动张紧座(7)、驱动张紧螺杆(8)、角块(9)、中转板(10)、输出张紧螺杆(11)、钢丝绳(12)、支撑旋转轴承(22)、套管压块(23)及支撑环板(24)。


5.根据权利要求4所述的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其特征在于：
分离传动模块至少也由三组结构相同的单元组成，具体为：角块(9)与身体座板(5)和中转板(10)固联，驱动张紧座(7)固联在驱动模块固定座(3)上，而驱动张紧螺杆(8)与驱动张紧座(7)通过螺纹相联并可调整套管(6)。


6.根据权利要求5所述的包括多球增程关节模块的仿生关节机构，其特征在于：
输出张紧螺杆(11)与中转板(10)通过螺纹相联并可调整套管(6)，在驱动张紧螺杆(8)与输出张紧螺杆(11)之间设置一段套管(6)，在输出张紧螺杆(11)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张岩岭，卢业金，邵东升，赵泰祥，于振中，李文兴，
申请(专利权)人：哈工大机器人合肥国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34