[发明专利]一种具有复合腱鞘与腱鞘约束元件的腱传动系统

说明书

本发明公开了一种具有复合腱鞘与腱鞘约束元件的腱传动系统，该传动系统借鉴人手的腱、腱鞘与韧带组织提出了由内层腱鞘与外层腱鞘构成的复合腱鞘结构，能够有效减少腱与腱鞘间的摩擦、防止腱的侧切力损坏腱鞘，以及提出了I型腱鞘约束元件、II型腱鞘约束元件、III型腱鞘约束元件和IV型腱鞘约束元件，能够柔顺地约束腱鞘的位置和运动范围且使其不会脱出，而且能够将腱鞘跨越的各个关节的运动互相解耦，并为腱鞘提供了一定蜷曲的缓冲空间，以及为腱鞘提供了一定抗压和抗冲击保护，该传动系统具有结构简单可靠、具有一定柔顺性、寿命较高且易于维护等优点，特别适合应用于仿生灵巧手、仿生机械足或其它需要腱传动的机器人机构。

技术领域

本发明属于灵巧手或仿生机械足的传动装置领域，具体涉及一种具有复合腱鞘与腱鞘约束元件的腱传动系统。

背景技术

仿生灵巧手是指手指数、自由度、形状和功能接近人手的机械手，能够灵活精细地操作物体，适合应用于通用性较强的服务型机器人，或用于柔顺装配等工业场景，以及作为高性能假肢；仿生机械足是指双足或四足机器人的机械足部，主要用于使机器人灵活柔顺地在各种地面和地形行走、奔跑、跳跃和攀爬。仿生灵巧手和仿生机械足是仿生机器人或人形机器人的关键组成部分和装置，其共同特点是尺寸小巧而关节数量多，都需要通过传动系统在狭小的空间内实现较大力量的传递，而且往往需要各个关节能够独立控制以达到较高的灵活性，使传动系统的设计极具挑战。

目前一种广泛应用于多种灵巧手（以及一些机械足）的传动方式是腱传动，该方式是通过腱（采用钢丝或柔绳）将位于手臂或腿部内的驱动器的力与运动传递至手部或足部关节处，能够有效平衡空间尺寸约束与需要传递较大力量的矛盾；有的方案还会在腱的外层套上腱鞘（即软管），使腱能够在腱鞘内轴向滑动，用于约束腱的走向。但目前大部分腱传动的方案仍存在一些固有问题没有很好地解决。

第一个问题是腱与腱鞘之间存在较大摩擦，二者均容易磨损；而且由于腱和腱鞘能够弯曲，在施加较大拉力使腱绷得很紧时，腱对腱鞘弯曲处的内侧壁造成很大内切力，容易把腱鞘切破。

第二个问题是腱鞘跨越一至多个级联的关节时，在关节处需要有一定装置约束腱鞘的位置、走向和形变范围。目前的解决办法包括两种：一种是通过在关节处安装齿轮或滑轮等作为中继传动部件，但该方案使关节处运动部件过多，结构可靠性变低，而且占用空间较大；另一种是在关节处安装刚性半包围式导轨或滑槽结构使腱鞘运动时被限制在其中，但腱鞘容易从滑槽的开口侧脱出，而且刚性滑槽等结构使腱鞘容易存在尖锐弯折点导致腱鞘易于损坏。

第三个问题是腱鞘跨越的各个关节的运动互相之间需要解耦，也即当某个关节运动时，不影响其它关节的运动；这需要当某个关节运动时不能牵动其它关节的腱鞘，否则将会牵动其它关节的运动。

第四个问题是腱鞘应具有一定蜷曲的缓冲空间，当其途经的某个或某些关节转动时，该腱鞘应能绷紧或松弛，以适应途径关节转动造成的腱鞘路径长度变化。

第五个问题是当灵巧手或仿生机械足在受压或受到冲击时，需要具有一定的保护使传动系统不致受损。

发明内容

为解决腱传动的上述问题，本发明提出一种具有复合腱鞘与腱鞘约束元件的腱传动系统；该传动系统借鉴人手的腱、腱鞘与韧带组织提出了由内层腱鞘和外层腱鞘构成的复合腱鞘结构，能够有效减少腱与腱鞘间的摩擦、防止腱的侧切力损坏腱鞘，以及提出了I型腱鞘约束元件、III型腱鞘约束元件、II型腱鞘约束元件和IV型腱鞘约束元件，能够柔顺地约束腱鞘的位置和运动范围且使其不会脱出，而且能够将腱鞘跨越的各个关节的运动互相解耦，并为腱鞘提供了一定蜷曲的缓冲空间，以及为腱鞘提供了一定抗压和抗冲击保护；该传动系统具有结构简单可靠、具有一定柔顺性、寿命较高且易于维护等优点，特别适合应用于仿生灵巧手、仿生机械足或其它需要腱传动的机器人部件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：