一种柔性传动的仿生机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性传动的仿生机构，包括多个活动臂和设于活动臂上的多个关节部位,相邻的活动臂分别处于相互平行的不同平面上，所述关节部位用于联接动力源或输出动力；所述活动臂和关节部位的内部设有动力传送系统，所述动力传送系统的运动轨迹空间与活动臂的活动轨迹空间相互独立，所述动力传送系统将动力源在单个关节部位输入的单点动力，传送到多个关节部位并输出动力；所述关节部位处设有动力执行系统，多个活动臂通过动力执行系统实现相互之间的运动。本实用新型专利技术能降低仿生系统在结构和控制上的复杂度，显著改善系统扩展性、灵活性、通用性等功能指标，可支持大扭矩负荷，能实现多种复杂运动规律、运动轨迹和特殊运动。运动。运动。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性传动的仿生机构


[0001]本技术涉及仿生机构
，尤其涉及一种柔性传动的仿生机构。

技术介绍

[0002]多年来，许多研究者从运动学、力学、动力学、材料学、生物学等多个方面，对仿生机构做出了大量积极探索，取得了一定的研究成果，但在机器蛇、蠕动机器人、人工肌肉、记忆材料等领域，还未取得实质性突破进展，相关研究成果难以获得普遍应用。
[0003]对于采用关节驱动电机的技术方案来说，由于必须为每个关节点，提供独立的动力驱动装置(如：舵机、电机等)，因此带来驱动装置的体积重量与大扭力负荷需求之间的矛盾非常突出，难以找到很好的平衡和解决方案，在驱动装置自身体积重量很小的情况下，难以向分布在仿生机构的各个节点提供强劲的动力，其扭矩负荷、比扭矩、比功率(或功率重量比)等技术指标较低。
[0004]对于采用线绳驱动方式来说，在面对多个不断运动的节点时，精度和可靠性难以得到稳定的保障，各个传动线绳的联接及交叉复杂，容易相互缠绕、彼此产生运动干涉，对制造工艺的参数公差要求高、复杂度高、运行时问题较多，如：传动线绳或皮带老化、打滑、磨损、过载性能差、故障率高、维修成本高，维修过程也很复杂，难以应对应用场景的多样性、灵活性需求。
[0005]对于采用连杆组合机构的实现方式来说，其机械拓扑结构往往较为复杂，使得运动学和动力学的正向和逆向求解过程十分复杂、困难、低效，控制算法建模复杂度高。此外，当运行时构件较易发生磨损、卡锁现象，出现故障时较难查找判断，装置的维护性、可靠性、扩展性均较差。
[0006]总而言之，现有技术方案存在的问题较多，当设计时需要考虑的因素过多，如：拓扑结构、形状姿态的可变性及可控性、扭矩大小、传动及动力、重心匹配、负载特性、动态体积重量分布、动作执行精度控制、节拍速度控制等，各技术指标要求往往彼此矛盾、互相制约，各项参数很难取舍平衡，要设计和制造出一个具有良好综合技术指标的仿生机构非常困难；系统复杂度高，对设计、开发、工程人员的要求很高，一般技术人员难以胜任；相关技术理论和设计及实现方法发展滞后，难以指导实际工程应用或产品实现；许多技术方案往往仅从单一学科角度出发，研究目标往往限于解决某些局部技术问题，限于某个部件或局部仿生构件，对全局性、整体性、系统性的研究较少，研究的内容还很不到位；因此，现有技术方案的学科融合度不足，成果局限性大、可借鉴性差，扩展性、推广性和通用性还很不尽人意，难以在相关领域得到普及应用。

技术实现思路

[0007]本技术所要解决的技术问题在于，提供一种柔性传动的仿生机构，降低仿生系统在结构和控制上的复杂度，显著改善系统扩展性、灵活性、通用性等功能指标，使其可以适应多种应用场景的任务需求，能实现多种复杂运动规律、运动轨迹和特殊运动。
[0008]为了解决上述技术问题，本技术提供的柔性传动的仿生机构，是一种具有串联式拓扑结构，采用柔性传动方式的运动仿生机构。本技术仿生机构在关节处将若干个活动臂构件按顺序串联联接起来，可实现多种复杂运动规律、运动轨迹和特殊运动。
[0009]本技术公开一种柔性传动的仿生机构，包括多个活动臂和多个关节部位,相邻的活动臂分别处于相互平行的不同平面上，所述活动臂通过关节部位串联连接；
[0010]所述关节部位用于联接动力源或输出动力；
[0011]所述活动臂和关节部位的内部设有动力传送系统，所述动力传送系统的运动轨迹空间与活动臂的活动轨迹空间相互独立，所述动力传送系统将动力源在单个关节部位输入的单点动力，传送到多个关节部位并输出动力；
[0012]所述关节部位处设有动力执行系统，多个活动臂通过动力执行系统实现相互之间的运动,相连的两个活动臂之间的夹角为α，所述夹角α的变化幅度为0-360
°
。
[0013]具体的，所述动力传送系统包括直角传动机构，所述直角传动机构将动力从一个活动臂，传送至与其串联的下一个活动臂，依此方式，动力逐级传送，就可将动力源在单个关节部位输入的单点动力，传送到多个关节部位并输出动力；
[0014]所述直角传动机构包括至少两组直角传动单元，每一组直角传动单元包括2个转轴相互垂直的传动件，每一个传动件包括定子和转子；不同组直角传动单元之间通过转子相互连接。
[0015]优选的，所述直角传动机构为磁轮直角传动机构或机械锥齿轮直角传动机构；
[0016]其中，所述磁轮直角传动机构包括至少两个磁轮组，每一个磁轮组包括2个转轴相互垂直的磁轮，每一个磁轮包括磁轮定子和磁轮转子；固定连接在不同活动臂上的两组磁轮之间通过联轴器将两组磁轮转子相互连接起来,以完成跨越活动臂的动力传送；
[0017]所述机械锥齿轮直角传动机构包括至少两个锥齿轮组，每一个锥齿轮组包括2个转轴相互垂直的锥齿轮，每一个锥齿轮包括锥齿轮定子和锥齿轮转子，固定连接在不同活动臂上的两组锥齿轮机构之间通过联轴器将两组锥齿轮转子相互连接起来,以完成跨越活动臂的动力传送。
[0018]优选的，所述活动臂上设有固定底板构件，所述固定底板构件与所述直角传动机构的定子连接,并与活动臂的外壳壳体连接固定。
[0019]优选的，所述活动臂为U型、S型或Z型。
[0020]进一步，所述动力执行系统为机械耦合联接结构、电磁控制联接装置或电磁控制限向联接装置。
[0021]优选的，所述机械耦合联接结构包括空心圆环内轴、空心圆环外轴，以及轴承，所述空心圆环内轴设于活动臂一端的关节部位处，所述空心圆环外轴设于活动臂另一端的关节部位处，所述空心圆环外轴的内壁上设有所述轴承；
[0022]所述轴承的内壁与空心圆环内轴的外壁相适配，用于将活动臂进行紧密联接；
[0023]所述直角传动机构的转子设于所述空心圆环内轴的内部。
[0024]优选的，所述电磁控制联接装置包括第一机械圆盘、第二机械圆盘、电磁铁、弹簧部件以及所述机械耦合联接结构；
[0025]所述第一机械圆盘与直角传动机构的转子固定连接；
[0026]所述第二机械圆盘通过弹簧部件与活动臂的内壁连接；
[0027]所述第一机械圆盘、第二机械圆盘对应设置。
[0028]优选的，所述电磁控制限向联接装置包括电磁铁、弹簧部件、棘轮机构以及所述机械耦合联接结构/电磁控制联接装置；
[0029]所述棘轮机构包括棘轮和棘爪，所述棘轮联接在活动臂的空心圆环内轴的外壁上，所述棘爪、电磁铁和弹簧部件固定联接在活动臂的空心圆环外轴的内壁上。
[0030]作为上述方案的改进，所述柔性传动的仿生机构还包括角度检测装置，以获取活动臂之间的角度参数，所述角度检测装置安装在空心圆环内轴和空心圆环外轴之间形成的空间区域内。
[0031]作为上述方案的改进，所述柔性传动的仿生机构还包括扩展系统，所述扩展系统包括扩展构件或滚动旋转部件；所述扩展构件安装在活动臂的外部，其为与活动臂相适配的构件，或者所述扩展构件用于安装机电装置；
[0032]所述滚动旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性传动的仿生机构，其特征在于，包括多个活动臂和设于活动臂上的多个关节部位,相邻的活动臂分别处于相互平行的不同平面上，所述活动臂通过关节部位串联连接；所述关节部位用于联接动力源或输出动力；所述活动臂和关节部位的内部设有动力传送系统，所述动力传送系统的运动轨迹空间与活动臂的活动轨迹空间相互独立，所述动力传送系统将动力源在单个关节部位输入的单点动力，传送到多个关节部位并输出动力；所述关节部位处设有动力执行系统，多个活动臂通过动力执行系统实现相互之间的运动,相连的两个活动臂之间的夹角为α，所述夹角α的变化幅度为0-360
°
。2.如权利要求1所述的柔性传动的仿生机构，其特征在于，所述动力传送系统包括直角传动机构，所述直角传动机构实现动力在活动臂之间的传输，并在关节部位提供动力输出；所述直角传动机构包括至少两组直角传动单元，每一组直角传动单元包括2个转轴相互垂直的传动件，每一个传动件包括定子和转子；不同组直角传动单元之间通过转子相互连接。3.如权利要求2所述的柔性传动的仿生机构，其特征在于，所述直角传动机构为磁轮直角传动机构或机械锥齿轮直角传动机构；其中，所述磁轮直角传动机构包括至少两个磁轮组，每一个磁轮组包括2个转轴相互垂直的磁轮，每一个磁轮包括磁轮定子和磁轮转子；不同组磁轮之间通过磁轮转子相互连接；所述机械锥齿轮直角传动机构包括至少两个锥齿轮组，每一个锥齿轮组包括2个转轴相互垂直的锥齿轮，每一个锥齿轮包括锥齿轮定子和锥齿轮转子，不同组锥齿轮机构之间通过锥齿轮转子相互连接。4.如权利要求2所述的柔性传动的仿生机构，其特征在于，所述活动臂上设有固定底板构件，所述固定底板构件与所述直角传动机构的定子连接,并与活动臂的外壳壳体连接。5.如权利要求1所述的柔性传动的仿生机构，其特征在于，所述活动臂为U型、S型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，
申请(专利权)人：张宇，
类型：新型
国别省市：