CN105291131B - 一种具有可调柔性的仿人膝关节 - Google Patents
一种具有可调柔性的仿人膝关节 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105291131B CN105291131B CN201510882947.4A CN201510882947A CN105291131B CN 105291131 B CN105291131 B CN 105291131B CN 201510882947 A CN201510882947 A CN 201510882947A CN 105291131 B CN105291131 B CN 105291131B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- knee joint
- rotating shaft
- apery
- planetary gear
- another
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Prostheses (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种具有可调柔性的仿人膝关节，它涉及一种柔性仿人膝关节，以解决现有传统仿人机器人的膝关节大多为铰接单轴关节，转动中心固定，且多采用电机加减速器作为驱动装置，缺少柔性，无法缓冲在运动时外界对膝关节冲击的问题，它包括驱动机构和传动机构；驱动机构包括传动轮、金属绳、第一转轴和两个气动人工肌肉；传动机构包括一个中心齿轮、一个行星齿轮、一个系杆和第二转轴；两个气动人工肌肉的上端与大腿连接；一个中心齿轮固装在大腿上，一个行星齿轮固装在小腿上，中心齿轮与行星齿轮啮合，第一转轴通过一个系杆与第二转轴连接；传动轮固装在第一转轴上，金属绳缠绕在传动轮上。本发明用于仿人机器人。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性仿人膝关节，属于仿人机器人领域。
背景技术
仿人机器人是机器人领域的研究热点之一，人体的关节结构和驱动机理对于仿人机器人的研究具有重要的参考价值。人体膝关节由股骨、胫骨、前交叉韧带、后交叉韧带等组成，通过肌肉组织的收缩和舒张实现关节运动。膝关节旋转时，其瞬时转动中心随之移动，轨迹接近J形曲线；此外，肌肉组织所具有的柔性有助于缓冲运动时外界对膝关节和人体的冲击，保护人体免受伤害。然而，在传统的仿人机器人中，膝关节大多为铰接单轴关节，转动中心固定；并且多采用电机加减速器作为驱动装置，缺少柔性，容易受到外界冲击的损害，与人体膝关节存在很大的区别。
发明内容
本发明为解决现有传统仿人机器人的膝关节大多为铰接单轴关节，转动中心固定，且多采用电机加减速器作为驱动装置，缺少柔性，无法缓冲在运动时外界对膝关节冲击的问题，进而提供一种具有可调柔性的仿人膝关节。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种具有可调柔性的仿人膝关节，它包括驱动机构和传动机构；驱动机构包括传动轮、金属绳、第一转轴和两个气动人工肌肉；传动机构包括一个中心齿轮、一个行星齿轮、一个系杆和第二转轴；
两个气动人工肌肉采用拮抗式布置方式设置，两个气动人工肌肉的上端与大腿连接；
一个中心齿轮固装在大腿上，第一转轴通过轴承转动安装在一个中心齿轮上；
一个行星齿轮固装在小腿上，第二转轴通过轴承转动安装在一个行星齿轮上，一个中心齿轮与一个行星齿轮啮合，第一转轴通过一个系杆与第二转轴连接；
传动轮固装在第一转轴上，金属绳缠绕在传动轮上，金属绳的一端与其中一个气动人工肌肉的下端连接，金属绳的另一端与另一个气动人工肌肉的下端连接。
本发明的有益效果是：本发明仿照人体膝关节的结构，所设计的仿人膝关节采用行星轮系传动机构，使膝关节旋转时，其瞬时转动中心也随之运动；仿照人体关节的驱动机理，所设计的仿人膝关节由一对拮抗式布置的气动人工肌肉驱动，气动人工肌肉具有与人体肌肉类似的生物力学特性，使膝关节具有柔性，并且可以通过调节气动人工肌肉内部的气体压力，实时调节膝关节的柔性。本发明所研制的仿人膝关节克服了传统的机器人膝关节的缺点，能够缓冲运动时外界对膝关节的冲击，无论在关节结构还是驱动机理上都与人体膝关节十分类似。
附图说明
图1是本发明一种具有可调柔性的仿人膝关节的整体结构示意图，图2是本发明具有可调柔性的仿人膝关节瞬时转动中心轨迹示意图，图3是图2的局部放大图，图4是具体实施方式六的连接结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式的一种具有可调柔性的仿人膝关节，它包括驱动机构和传动机构；驱动机构包括传动轮1、金属绳2、第一转轴3和两个气动人工肌肉4；传动机构包括一个中心齿轮5、一个行星齿轮6、一个系杆7和第二转轴8；
两个气动人工肌肉4采用拮抗式布置方式设置，两个气动人工肌肉4的上端与大腿9连接；
一个中心齿轮5固装在大腿9上，第一转轴3通过轴承转动安装在一个中心齿轮5上；
一个行星齿轮6固装在小腿11上，第二转轴8通过轴承转动安装在一个行星齿轮6上，一个中心齿轮5与一个行星齿轮6啮合，第一转轴3通过一个系杆7与第二转轴8连接；
传动轮1固装在第一转轴3上，金属绳2缠绕在传动轮1上，金属绳2的一端与其中一个气动人工肌肉4的下端连接，金属绳2的另一端与另一个气动人工肌肉4的下端连接。
具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式的金属绳2为钢丝绳。如此设置，结构强度大，运行稳定可靠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括另一个中心齿轮25和另一个行星齿轮16；一个中心齿轮5和另一个中心齿轮25正对设置，另一个中心齿轮25固装在大腿9上，一个行星齿轮6和另一个行星齿轮16正对设置，另一个行星齿轮16固装在小腿11上，第一转轴3通过轴承转动安装在另一个中心齿轮25上，第二转轴8通过轴承转动安装在另一行星齿轮16上，另一个中心齿轮25与另一个行星齿轮16啮合。如此设置，减少中心齿轮和行星齿轮间隙配合，保持平衡，保证膝关节运行稳定可靠。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括另一个系杆17，一个系杆7和另一个系杆17设置在传动轮1的两侧，第一转轴3通过另一个系杆17与第二转轴8连接。如此设置，保证第一转轴和第二转轴运行稳定可靠。其它与具体实施三相同。
具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括保护壳12，保护壳12安装在传动轮1上。如此设置，防止缠绕在传动轮上的金属绳脱离传动轮，保证传动轮和金属绳运行稳定可靠。其它与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：结合图4说明，本实施方式所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括控制器13和电磁阀14。气源15采用小型空气压缩机，用于向气动人工肌肉4提供压缩空气；电磁阀14采用中位封闭的三位五通电磁阀，可以分别控制气动人工肌肉4进气、排气和封闭；控制器13用于向电磁阀14发送控制信号，实现气路的通断。其它与具体实施方式一、二或四相同。
工作过程：由于气动人工肌肉具有与人体肌肉类似的生物力学特性，使本发明仿人膝关节具有一定的柔性，并且可以通过调节气动人工肌肉内部的气体压力，实现对膝关节柔性的调整。当两个气动人工肌肉4伸缩运动时，钢丝绳2拉动传动轮1与第一转轴3旋转，并通过系杆7带动行星齿轮6绕中心齿轮5运动，行星齿轮6绕第二转轴8也自转，从而实现小腿11相对于大腿9的转动。根据行星轮系的传动原理，小腿11相对大腿9的瞬时转动中心不断变化，图2和图3中的曲线K示出了小腿11相对于大腿9旋转90度的过程中小腿瞬时转动中心的轨迹。
Claims (6)
1.一种具有可调柔性的仿人膝关节，其特征在于：它包括驱动机构和传动机构；驱动机构包括传动轮(1)、金属绳(2)、第一转轴(3)和两个气动人工肌肉(4)；传动机构包括一个中心齿轮(5)、一个行星齿轮(6)、一个系杆(7)和第二转轴(8)；
两个气动人工肌肉(4)采用拮抗式布置方式设置，两个气动人工肌肉(4)的上端与大腿(9)连接；
一个中心齿轮(5)固装在大腿(9)上，第一转轴(3)通过轴承转动安装在一个中心齿轮(5)上；
一个行星齿轮(6)固装在小腿(11)上，第二转轴(8)通过轴承转动安装在一个行星齿轮(6)上，一个中心齿轮(5)与一个行星齿轮(6)啮合，第一转轴(3)通过一个系杆(7)与第二转轴(8)连接；
传动轮(1)固装在第一转轴(3)上，金属绳(2)缠绕在传动轮(1)上，金属绳(2)的一端与其中一个气动人工肌肉(4)的下端连接，金属绳(2)的另一端与另一个气动人工肌肉(4)的下端连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有可调柔性的仿人膝关节，其特征在于：金属绳(2)为钢丝绳。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有可调柔性的仿人膝关节，其特征在于：所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括另一个中心齿轮(25)和另一个行星齿轮(16)；一个中心齿轮(5)和另一个中心齿轮(25)正对设置，另一个中心齿轮(25)固装在大腿(9)上，一个行星齿轮(6)和另一个行星齿轮(16)正对设置，另一个行星齿轮(16)固装在小腿(11)上，第一转轴(3)通过轴承转动安装在另一个中心齿轮(25)上，第二转轴(8)通过轴承转动安装在另一行星齿轮(16)上，另一个中心齿轮(25)与另一个行星齿轮(16)啮合。
4.根据权利要求3所述的一种具有可调柔性的仿人膝关节，其特征在于：所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括另一个系杆(17)，一个系杆(7)和另一个系杆(17)设置在传动轮(1)的两侧，第一转轴(3)通过另一个系杆(17)与第二转轴(8)连接。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种具有可调柔性的仿人膝关节，其特征在于：所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括保护壳(12)，保护壳(12)安装在传动轮(1)上。
6.根据权利要求1、2或4所述的一种具有可调柔性的仿人膝关节，其特征在于：所述一种具有可调柔性的仿人膝关节还包括控制器(13)和电磁阀(14)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510882947.4A CN105291131B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种具有可调柔性的仿人膝关节 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510882947.4A CN105291131B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种具有可调柔性的仿人膝关节 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105291131A CN105291131A (zh) | 2016-02-03 |
| CN105291131B true CN105291131B (zh) | 2017-03-08 |
Family
ID=55189291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510882947.4A Active CN105291131B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种具有可调柔性的仿人膝关节 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105291131B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105538339B (zh) * | 2016-02-23 | 2017-09-29 | 中国计量学院 | 拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节 |
| CN106182078B (zh) * | 2016-08-31 | 2018-10-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节 |
| CN108356848B (zh) * | 2018-03-30 | 2023-09-29 | 天津理工大学 | 气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节 |
| CN108858147A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-23 | 东北大学 | 一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人 |
| CN110666832A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-10 | 广东工业大学 | 一种绳驱动摆转关节模块 |
| CN113332096A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-03 | 江苏大学 | 一种纯机械驱动的便携式膝关节康复锻炼装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4232602C2 (de) * | 1992-09-29 | 1995-01-12 | Bock Orthopaed Ind | Gelenk in orthopädischen Prothesen und Orthesen |
| CN100436237C (zh) * | 2006-07-10 | 2008-11-26 | 东北大学 | 一种拟人双足机器人人工腿 |
| CN101772657B (zh) * | 2007-07-31 | 2012-08-08 | 纳博特斯克株式会社 | 齿轮装置及使用齿轮装置的工业机器人的转动部结构 |
| JP2009095957A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Nsk Ltd | 関節モジュール及び脚型ロボット |
| CN201631597U (zh) * | 2010-01-19 | 2010-11-17 | 东华大学 | 一种通过齿轮机构实现关节摆动运动的装置 |
| CN102247260B (zh) * | 2011-06-23 | 2012-10-03 | 天津科技大学 | 线角驱动下肢助行器 |
| CN103707951A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-04-09 | 东北大学 | 基于人工肌肉驱动的双腿机器人腿部机构 |
| CN104398323B (zh) * | 2014-11-12 | 2016-06-01 | 南京工程学院 | 一种基于气动肌肉的膝关节外骨骼助力机构 |
-
2015
- 2015-12-03 CN CN201510882947.4A patent/CN105291131B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105291131A (zh) | 2016-02-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105291131B (zh) | 一种具有可调柔性的仿人膝关节 | |
| CN105291132B (zh) | 一种可实现主动与半被动驱动的仿人机器人膝关节 | |
| CN107260483B (zh) | 一种连杆式下肢外骨骼康复机器人 | |
| CN106335049B (zh) | 一种气动肌肉驱动的下肢外骨骼助力装置 | |
| CN105832496B (zh) | 一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法 | |
| CN105644650B (zh) | 一种气电混合驱动的柔性双足机器人 | |
| CN107811805A (zh) | 穿戴式下肢外骨骼康复机器人 | |
| CN109172289A (zh) | 基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法 | |
| CN107374907A (zh) | 穿戴式上肢外骨骼康复装置 | |
| CN105456002B (zh) | 一种能够实现正常步态型的康复训练机器人 | |
| CN105083411B (zh) | 一种气动人工肌肉驱动的仿人下肢 | |
| CN105997439A (zh) | 肌电信号控制的具有球副的三自由度踝关节辅助康复装置 | |
| CN104887456B (zh) | 一种气动人工肌肉驱动的可穿戴式上肢康复训练装置 | |
| CN107049713A (zh) | 可穿戴下肢康复助行机械装置 | |
| CN108553271A (zh) | 一种磁流变阻尼器坐卧式下肢康复机器人 | |
| CN102028604B (zh) | 并联式踝关节康复训练器 | |
| CN110464601B (zh) | 一种可穿戴式生物融合下肢康复机器人 | |
| CN209036530U (zh) | 一种多自由度自适应膝关节康复训练外骨骼 | |
| CN208974506U (zh) | 穿戴式柔性下肢康复机器人 | |
| CN106236512B (zh) | 一种实现行走足部位姿的步态康复机器人 | |
| CN104188786A (zh) | 一种基于套索传动的膝关节助力康复装置 | |
| CN108186279A (zh) | 一种用于康复外骨骼机构的旋内旋外关节 | |
| CN108721059A (zh) | 一种圆盘式磁流变阻尼器下肢康复机器人 | |
| CN103126851A (zh) | 步态训练机械腿 | |
| CN108858148A (zh) | 一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |