[发明专利]一种紧凑牢固的单自由度仿生关节及其制造方法

说明书

本发明公开了一种紧凑牢固的单自由度仿生关节及其制造、驱动方法，包括至少一个第一关节件、一个第二关节件、一个连接纤维；所述第一关节件端部为凸曲面，所述第二关节件端部为与所述凸曲面相适配的凹曲面；本发明的有益效果在于，首先，本发明的紧凑牢固的单自由度仿生关节具有关节结构简单、体积小、重量轻、强度大等优点，且抗冲击性能高，降低了弯曲关节时连接件的应力；其次，本发明的紧凑牢固的单自由度仿生关节在受力情况下间隙小、运动精度高，同时整个仿生关节便于采用自动化流程制造，提高了制造效率，降低了制造成本。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种紧凑牢固的单自由度仿生关节及其制造、驱动方法。

背景技术

关节是机械结构中常见的部件，它的基本功能有：承受径向力与切向力，包括承受拉力、压力与扭转力；限制机械运动的自由度，即限制运动的方向和范围。

现有的轴套式关节采用刚性轴与轴套作为设计方案，关节稳定性好，运动精度高。例如：

专利权人DISNEY ENTERPRISES,INC.的发明ROBOT HAND WITH HUMAN-LIKEFINGERS(US20100259057A1)；

专利权人GM Global Technology Operations LLC的发明“robotic thumbassembly”(US8424941)；

专利权人SQUSE Inc.的发明finger mechanism，robot hand and robot handcontrolling method(US10286561B2)；

专利权人哈尔滨工业大学的发明“机器人灵巧手的手指关节”(CN101100063A)；

现有的机械关节缺点：

第一，轴和轴套同时承受压力和拉力，为保证结构强度，关节体积大、制造成本高。

第二，包含多关节的机械结构，例如在机器人手、肩、髋关节中，关节的结构本身占用了过多空间，空间利用率低，在关节处布置连杆和传感器等附属部件时零件安置困难。

第三，关节使用硬质材料制造，在遭受外力冲击时局部载荷大，容易造成材料疲劳、变形，进而引起部件的失效。

现有的仿生关节试图解决上述问题，采用关节曲面和连接件的设计方式。例如：

专利权人上海大学发明的“一种人工关节”(CN2565426Y)

专利权人赵德政发明的“一种封闭润滑的仿生关节装置”(CN102152315B)、(US20150127114A1)

专利权人哈尔滨工程大学发明的“一种多自由度仿生关节”(CN204546555U)

论文Design of a Highly Biomimetic Anthropomorphic Robotic Handtowards Artificial Limb Regeneration

论文A Compliant Biomimetic Artificial Finger for AnthropomorphicRobotic Hands via 3D Rapid Prototyping

以及韩国IRIM Lab的FLLEX Hand仿生机械手

现有仿生关节缺点：

第一，有的采用深球窝方案，导致球头杆与球窝边沿干涉，关节运动范围受限；还有的采用浅球窝方案，连接件的形状有套筒形或薄片形，关节不稳固，抗拉能力弱，关节头位移较大，容易脱出关节窝。