鲍登线传动装置制造方法及图纸

本公开提出一种鲍登线传动装置，属于传动装置技术领域

【技术实现步骤摘要】
鲍登线传动装置


[0001]本公开属于传动装置
，具体涉及一种鲍登线传动装置
。

技术介绍

[0002]助力外骨骼和康复外骨骼是当今世界上外骨骼机器人的两大分类，外骨骼从类型上可分为刚性机械外骨骼和柔性外骨骼，两者对比来看，刚性外骨骼的输出功率大，负重效果更好，主要作为助力装置，而柔性外骨骼的穿戴舒适性好，整机重量更小，整机响应速度快，不易造成人体损伤，但输出功率低，更多用于人体助行
。
其中，柔性外骨骼的驱动方式包括流体肌肉和鲍登线传动；流体肌肉存在泄露风险，而鲍登线由于重量轻
、
体积小
、
部署简单
、
以及能够远端传动降低外骨骼本体重量等优点被广泛应用
。
[0003]然而，鲍登线的钢丝与护套之间的摩擦会导致拉力衰减和运动迟滞，影响控制精度
。
目前大多数柔性外骨骼采用固定弯曲角度做摩擦力前馈补偿，这种方法无法准确描述鲍登线在外骨骼实际使用中的真实弯曲角度和摩擦力，限制了模型的通用性
。
针对此，已有现有技术利用鲍登线内部钢丝与护套的位移来构建串联弹性设备来检测鲍登线的弯曲度
。
还有现有技术利用感应线测量连接到鲍登线的活塞弹簧的形变量来估计鲍登线的曲率
。
但是在上述现有方案中，需要施加预紧力使得感应线与护套之间产生接触，这会引入摩擦力从而降低检测精度
。
[0004]因此，针对上述技术问题，本公开提出一种可以直接检测鲍登线的累计弯曲角度的鲍登线传动装置，以实现对鲍登线任意位置内部钢丝和护套的摩擦力的估算
。

技术实现思路

[0005]本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种鲍登线传动装置
。
[0006]本公开的一方面，提供一种鲍登线传动装置，包括：光敏传感器
、
光源
、
传输电路
、
计算单元以及沿长度方向固定连接的鲍登线与光波导；其中，所述光波导的第一端与所述光源连接，第二端与所述光敏传感器连接；所述光敏传感器通过所述传输电路与所述计算单元连接；在所述光波导随着鲍登线弯曲而弯曲时，所述光敏传感器获取所述光波导内光强衰减信号并转化为电信号变化值，所述传输电路将所述电信号变化值传输至所述计算单元，所述计算单元根据所述电信号变化值计算得到所述鲍登线的钢丝和护套之间的摩擦力
。
[0007]可选地，所述光波导包括由内向外依次套设的芯层
、
包层以及保护层；其中，所述芯层的折射率大于所述包层的折射率
。
[0008]可选地，所述芯层采用聚氨酯，所述保护层采用聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述包层为空气薄膜层
。
[0009]可选地，所述计算单元，具体用于根据所述电信号变化值计算得到鲍登线的弯曲
半径，并通过拟合得到鲍登线的累计弯曲角度；根据所述累计弯曲角度计算得到鲍登线任意位置的拉力，并基于鲍登线输入端和输出端的拉力计算得到护套和钢丝之间的摩擦力
。
[0010]可选地，利用下述公式（1）（2）分别计算鲍登线的弯曲半径与弯曲角度：
ꢀꢀ
（1） （2）其中，
Φ
为鲍登线累计弯曲角度，
R
为鲍登线弯曲半径，
α
是光强损失，
u
是光波导弯折后末端检测到的电压，
u0光波导未弯折时的电压，
β
是光波导芯层传导常数，
β
cl
是光波导包层传播常数，
λ
是光波长，
n1是光波导芯层折射率，
n2是光波导包层折射率，
A
eff
是光波导的有效面积，
W()
为
Lambert W
函数
。
[0011]可选地，利用下述公式（3）（4）分别计算鲍登线的任意位置的拉力以及鲍登线护套和钢丝之间的摩擦力：（3）（4）
其中，
T(p)
是鲍登线位置
p
处的拉力，
μ
是鲍登线中的护套与钢丝之间的动摩擦系数，
Φ
是鲍登线的弯曲角度，
H
是弯曲角度关于弯曲半径的函数
Φ
=H(R)
，
β
是芯层传导常数，
β
cl
是包层传播常数，
v
是钢丝与护套的相对速度，
L
是护套的总长度，
L1为护套的最小长度，
T0是鲍登线长度
L1对应的输入拉力，
T
in
是鲍登线输入端的输入拉力，
T
out
是鲍登线输出端的输出拉力，
f
是护套和钢丝之间的摩擦力
。
[0012]可选地，所述光敏传感器具有光波接收部与非光波接收部；所述光波导的第二端与所述光波接收部通过透明粘结剂固定连接；所述光波导的第二端与所述光波接收部连接处的周侧，以及所述非光波接收部通过黑色粘结剂密封
。
[0013]可选地，所述光波导与所述鲍登线通过
UV
胶固定连接
。
[0014]可选地，所述鲍登线传动装置还包括两个固定座，所述光波导与所述鲍登线的第一端以及所述光源均固定于其中一个所述固定座上，所述光波导与所述鲍登线的第二端以及所述光敏传感器均固定于另外一个所述固定座上
。
[0015]可选地，所述光源采用红色光源
。
[0016]本公开提出一种鲍登线传动装置，包括：光敏传感器
、
光源
、
传输电路
、
计算单元以及沿长度方向固定连接的鲍登线与光波导；其中，光波导的第一端与光源连接，第二端与光敏传感器连接；光敏传感器通过所述传输电路与计算单元连接；在光波导随着鲍登线弯曲而弯曲时，光敏传感器获取光波导内光强衰减信号并转化为电信号变化值，传输电路将电信号变化值传输至计算单元，计算单元根据电信号变化值计算得到鲍登线的钢丝和护套之间的摩擦力
。
本公开将鲍登线传动系统的任意位置都被纳入检测范围，通过测量鲍登线任意位置内部钢丝和护套的摩擦力，并通过补偿摩擦力
f
，有效提高装置的控制精度
。
附图说明
[0017]图1为本公开一实施例的鲍登线传动装置的结构图；图2为本公开另一实施例的光敏二极管电压值和弯曲角度的波形图；图3为本公开另一实施例的鲍登线弯曲角度和光强损失率的波形图；图4为本公开另一实施例的鲍登线累计弯曲角度和鲍登线摩擦力的波形图
。
具体实施方式
[0018]为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述
。
显然，所描述的实施例是本公开的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种鲍登线传动装置，其特征在于，包括：光敏传感器
、
光源
、
传输电路
、
计算单元以及沿长度方向固定连接的鲍登线与光波导；其中，所述光波导的第一端与所述光源连接，第二端与所述光敏传感器连接；所述光敏传感器通过所述传输电路与所述计算单元连接；在所述光波导随着鲍登线弯曲而弯曲时，所述光敏传感器获取所述光波导内光强衰减信号并转化为电信号变化值，所述传输电路将所述电信号变化值传输至所述计算单元，所述计算单元根据所述电信号变化值计算得到所述鲍登线的钢丝和护套之间的摩擦力
。2.
根据权利要求1所述的鲍登线传动装置，其特征在于，所述光波导包括由内向外依次套设的芯层
、
包层以及保护层；其中，所述芯层的折射率大于所述包层的折射率
。3.
根据权利要求2所述的鲍登线传动装置，其特征在于，所述芯层采用聚氨酯，所述保护层采用聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述包层为空气薄膜层
。4.
根据权利要求1所述的鲍登线传动装置，其特征在于，所述计算单元，具体用于根据所述电信号变化值计算得到鲍登线的弯曲半径，并通过拟合得到鲍登线的累计弯曲角度；根据所述累计弯曲角度计算得到鲍登线任意位置的拉力，并基于鲍登线输入端和输出端的拉力计算得到护套和钢丝之间的摩擦力
。5.
根据权利要求4所述的鲍登线传动装置，其特征在于，利用下述公式（1）（2）分别计算鲍登线的弯曲半径与弯曲角度：
ꢀꢀꢀ
（1）
ꢀꢀ
（2）其中，
Φ
为鲍登线累计弯曲角度，
R
为鲍登线弯曲半径，
α
是光强损失，
u
是光波导弯折后末端检测到的电压，
u0光波导未弯折时的电压，
β
是光波导芯层传导常数，
β
cl
是光波导包层传播常数，
λ
是光波长，
n1是光波导芯层折射率，
n2是光波导包层折射率，
A
eff
是光波导的有效面积，
W()...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱培逸，温嘉懿，颜健，孙铠，刘成成，俞涛，阮昕玥，芈嘉豪，沈钲敖，孟祥飞，刘柱，李鑫，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：