[发明专利]一种变阻尼柔顺驱动的外骨骼关节有效

专利信息
申请号: 202111349905.6 申请日: 2021-11-15
公开(公告)号: CN114211523B 公开(公告)日: 2023-07-14
发明(设计)人: 朱爱斌;邹佳峻;宋纪元 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: B25J17/00 分类号: B25J17/00;B25J17/02;B25J9/00;B25J19/00
代理公司: 西安智大知识产权代理事务所 61215 代理人: 王晶
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 阻尼 柔顺 驱动 骨骼 关节
【说明书】:

发明公开了一种变阻尼柔顺驱动的外骨骼关节,包括曲柄滑块串联弹性驱动器、外骨骼关节外壳和磁流变阻尼器;所述外骨骼关节外壳内部放置两个关节滚动轴承,用于支撑曲柄滑块串联弹性驱动器中的关节中心转动体,通过关节间连接件连接其它杆件或者关节,将弹性元件分别与外骨骼关节外壳与关节中心转动体相连,将磁流变阻尼器中的磁流变阻尼器连接块一与外骨骼关节外壳相连,将磁流变阻尼器中的磁流变阻尼器连接块二与关节中心转动体相连接,所述曲柄滑块串联弹性驱动器、磁流变阻尼器和弹性元件三者之间的并联。本发明使得机构能够实现柔顺驱动,并可以抵抗外界的冲击,从而提高外骨骼的穿戴舒适性。

技术领域

本发明属于机械关节单元技术领域,具体涉及一种变阻尼柔顺驱动的外骨骼关节。

背景技术

外骨骼的关节主要为穿戴者的关节运动提供动力,传统的外骨骼关节大多采用电机和减速器串联后与执行部分直接连接的方案,使得外骨骼关节刚性大,限制了穿戴者的灵活性和舒适度;也有采用串联弹性驱动器进行驱动的方案,此种方案可以较好地减少机器人碰撞时产生的冲击影响,但是串联弹性驱动器的刚度是固定的,无法适应不同的工况,并且加入的弹性元件将不可避免地带来振动,控制精度低的问题。现有的通过添加阻尼来减少串联弹性驱动器缺点的方案,无法快速改变阻尼大小,耗能大,无法实现连续调节,阻尼的控制精度低;另外,目前的外骨骼关节的平均功率过大,整体耗能较大。

发明内容

为了克服以上技术问题,本发明的目的在于提供一种变阻尼柔顺驱动的外骨骼关节,使得机构能够实现柔顺驱动,并可以抵抗外界的冲击,从而提高外骨骼的穿戴舒适性。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:

一种变阻尼柔顺驱动的外骨骼关节,包括曲柄滑块串联弹性驱动器1、外骨骼关节外壳2和磁流变阻尼器3;

所述外骨骼关节外壳2内部放置两个关节滚动轴承8,用于支撑曲柄滑块串联弹性驱动器1中的关节中心转动体22,通过关节间连接件9连接其它杆件或者关节,将弹性元件10分别与外骨骼关节外壳2与关节中心转动体22相连,将磁流变阻尼器3中的磁流变阻尼器连接块一42与外骨骼关节外壳2相连,将磁流变阻尼器3中的磁流变阻尼器连接块二51与关节中心转动体22相连接,所述曲柄滑块串联弹性驱动器1、磁流变阻尼器3和弹性元件10三者之间的并联。

所述关节中心转动体22中心为中空结构,用于放置磁流变阻尼器3,并在端面有4个弧状凸台,在承载轴承的同时,为磁流变阻尼器连接块二51提供轴向周向限位和连接孔,另外,在端面开设了阵列的孔洞,连接关节间连接件9、曲柄23,圆周阵列的孔洞用于调节曲柄23和关节中心转动体22的相对位置,从而调整关节输出角度的范围。

所述磁流变阻尼器连接块一42与外骨骼关节外壳2连接,采用花型结构,为了减轻整体的重量,也可以采用其它的形状,另外,磁流变阻尼器连接块一42起到端盖的作用,对芯轴39进行了限位。

所述磁流变阻尼器连接块二51端面有4个凸台,用于与关节中心转动体22的4个弧状凸台相对应,从而实现周向和轴向限位,整体的花型结构只是为了减轻重量,也可以采用其它的形状,其中心开设的4个周向孔洞,用于与芯轴39进行连接,中心的孔洞是为了线圈更好的导出。

所述外骨骼关节外壳2分为上下两部分,通过铜柱4、壳体支撑板一5、壳体支撑板二6、壳体支撑板三7连接上下两个外骨骼关节外壳2。

所述曲柄滑块串联弹性驱动器1包括编码器11,编码器11与电机13连接,电机13放于电机座12上,并通过电机固定座14与导轨底座30相连接,电机13的电机轴与小同步带轮15连接,小同步带轮15与大同步带轮17通过同步带16进行传动,大同步带轮17与丝杠24相连接,丝杠24上连接有弹性滑块26,在丝杠24两端有丝杠端法兰挡边轴承25进行支撑,丝杠端法兰挡边轴承25嵌入丝杠两端挡块18中,丝杠两端挡块18又与外骨骼关节外壳2相连接,实现了丝杠24与外骨骼关节外壳2的固定连接。

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