[发明专利]一种可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节

说明书

本发明一种可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节，包括骨架、驱动盘、传力绳、驱动绳与刚度调节机构。其中，骨架包括上骨架与下骨架；两者间通过转动轴相连形成转动副；驱动盘同轴套接于转动轴上，两者间形成转动副；驱动盘上缠绕有一根传力绳与两根驱动绳；传力绳两端分别连接刚度调节机构，由刚度调节机构调节上骨架与下骨架间的驱动刚度；两根驱动绳反向缠绕，一端固定于驱动盘上，另一端连接驱动组件，由驱动组件驱动两根驱动绳带动驱动盘的转动，通过传力绳转变为驱动力，驱动上下骨架间的相互转动。本发明变刚度绳驱动关节刚度调节、控制灵敏度高、通用性好，可用于各种外骨骼和步行机器人。

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种机械驱动关节，是一种可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节，通过绳传动驱动力，在绳驱动的作用下实现关节转动，并可通过更换或调解关节弹簧以获得不同的刚度和机械特性。

背景技术

现有的外骨骼和步行机器人，大部分关节处的驱动器直接安装在关节上，增加了腿/臂分支质量，增大了腿/臂分支惯性，降低了装置的控制灵敏性，增加了运动过程中的能量消耗。同时驱动关节普遍为刚性关节，不具备变刚度和缓冲功能，在运动过程中存在冲击，降低了驱动关节的使用寿命。外骨骼和步行机器人的在我们生活中的应用越来越广泛，好的驱动关节结构具备缓冲功能，能够提高驱动关节的使用寿命，同时将驱动装置布置在机器人本体上，其驱动力通过合适的传递机构传递到关节处，减小腿/臂分支质量，降低腿/臂分支惯性，提高控制灵敏性，降低运动能耗。

绳驱动机构可以远距离传输驱动力矩，可以将驱动装置远距离安装。由于绳本身的柔性，驱动过程存在一定的缓冲作用。在机器人关节处加入柔性环节，可以使刚性关节变为柔性关节，实现缓冲储能作用。同时可对柔性环节调节或更换，以获得不同的刚度。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节，可用于外骨骼和步行机器人，增加关节柔性，实现缓冲储能功效。

本发明变刚度绳驱动关节，可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节：包括骨架、驱动盘、传力绳、驱动绳与刚度调节机构。

所述骨架包括上骨架与下骨架；两者间通过转动轴相连形成转动副；驱动盘同轴套接于转动轴上，两者间形成转动副。

所述驱动盘上缠绕有一根传力绳与两根驱动绳。其中，传力绳两端分别与下骨架上左右对称设计的刚度调节机构相连；由刚度调节机构调节上骨架与下骨架间的驱动刚度。

两根驱动绳反向缠绕，一端固定于驱动盘上，另一端连接驱动组件，由驱动组件驱动驱动两根驱动绳反向运动，进而带动驱动盘转动，并通过传力绳将驱动盘的转动转化为对下骨架的驱动力，驱动下骨架与上骨架间相对转动。

本发明的优点在于：

1、本发明变刚度绳驱动关节，绳驱动方式可将驱动组件与关节分离设计，实现远距离传力，减小关节质量；

2、本发明变刚度绳驱动关节，实现驱动关节的刚度调节；

3、本发明变刚度绳驱动关节，控制灵敏度高、通用性好，可用于各种外骨骼和步行机器人；

4、本发明变刚度绳驱动关节，是一种柔性关节，可以实现缓冲储能作用，传力绳上的弹簧，在负载大的时候会拉长(另一侧弹簧收缩)，负载小的时候会收缩(另一侧弹簧拉长)，降低冲击，提高关节的使用寿命。

附图说明

图1为本发明可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节整体结构正面示意图；

图2为本发明可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节整体结构背面示意图；

图3为本发明可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节整体结构侧视剖视图；