[发明专利]利用钢丝传动的双凸轮盘输出变速关节

说明书

利用钢丝传动的双凸轮盘输出变速关节，它涉及一种变速关节，以解决现有采用电机调速实现外骨骼关节运动，电机输出扭矩较大，关节运动精度较低和成本较高的问题，它包括输入轴、支撑架、关节轴、下凸轮、上凸轮、一号钢丝绳和二号钢丝绳；所述关节轴转动安装在支撑架上，所述输入轴转动安装在支撑架和关节轴上，所述下凸轮和所述上凸轮布置在所述输入轴的两侧并分别固装在所述关节轴上，所述下凸轮和所述上凸轮构成一个封闭的偏心圆；所述一号钢丝绳铺设在所述上圆弧形绳槽后缠绕在所述输入轴上；所述二号钢丝绳铺设在所述下圆弧形绳槽后缠绕在所述输入轴上。本发明用于外骨骼或仿人机器人关节。

技术领域

本发明涉及一种变速关节，具体涉及一种机器人上使用的利用钢丝传动的双凸轮盘输出变速关节。

背景技术

对于外骨骼机器人来讲，关节运动控制是至关重要的一环。目前已有的关节调速设计大多是以控制电机转速为主，这种运动设计精度较低，对电机要求较高，电机负担大，从而导致电机的体积与成本增加。

发明内容

本发明是为解决现有采用电机调速实现外骨骼关节运动，电机输出扭矩较大，关节运动精度较低和成本较高的问题，进而提供一种利用钢丝传动的双凸轮盘输出变速关节。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

利用钢丝传动的双凸轮盘输出变速关节包括输入轴、支撑架、关节轴、下凸轮、上凸轮、一号钢丝绳和二号钢丝绳；

所述下凸轮和所述上凸轮结构相同且连接为一体；所述关节轴转动安装在支撑架上，所述输入轴转动安装在支撑架和关节轴上，所述输入轴的轴向与所述关节轴的轴向垂直，所述下凸轮和所述上凸轮布置在所述输入轴的两侧并分别固装在所述关节轴上，所述下凸轮和所述上凸轮构成一个封闭的偏心圆，所述上凸轮的侧面上加工有上圆弧形绳槽，所述下凸轮的侧面上加工有下圆弧形绳槽；

所述一号钢丝绳的一端与所述上凸轮的邻近所述关节轴的一端固接，所述一号钢丝绳铺设在所述上圆弧形绳槽后缠绕在所述输入轴上，所述一号钢丝绳的另一端固定在所述输入轴的上端；所述二号钢丝绳的一端与所述下凸轮的邻近所述关节轴的一端固接，所述二号钢丝绳铺设在所述下圆弧形绳槽后缠绕在所述输入轴上，所述二号钢丝绳的另一端固定在所述输入轴的下端；所述一号钢丝绳和所述二号钢丝绳在输入轴上的绳段为同方向缠绕。

本发明的有益效果是：一、采用双凸轮进行变速，可降低对电机输出扭矩的需求，并起到二级减速器的作用。二、该结构具有更好的动态特性，可使传动比按照要求不断改变，实时性较高，能够更好的模拟关节的运动情况，成本较低。由于人在正常行走时，凸轮的转角大约在0-35°，此时对外骨骼膝关节的出力没有要求，但是需要高速；人在上楼梯或从下蹲到起立的过程中，凸轮的转角接近135°，角度越大，对出力的要求越大，而不需要高速，由于电机输出转矩恒定，普通的传动机构无法满足此要求。此凸轮的外轮廓半径随着转角的增大而增大，传动比随之增大，因此能够在小转角时提供高转速、小出力，在大转角时提供低转速、大出力。利用绳索及凸轮进行合理的动力分配，实现电机驱动外骨骼机器人或仿人机器人，实现膝关节、肢肘关节和肩关节等屈伸自由度的运动，提高了能量利用率与传动效率。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为图2的主视图；

图3为图2的A-A向视图；

图4为图2的B-B向视图；

图5为图2的左视图；

图6为图2的右视图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。