專利名稱：一種人工關(guān)節(jié)驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于驅(qū)動機構(gòu)，用于驅(qū)動機器人的人工關(guān)節(jié)，也適合于其它機構(gòu)的驅(qū)動工作。
機器人不同于一般的機器，它用以承擔人所做的部分工作，其機械構(gòu)造不僅要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，而且要能實現(xiàn)靈巧性的動作。而目前機器人的驅(qū)動仍然是使用適合于汽車、機床的傳統(tǒng)的驅(qū)動方式和傳動元件，如液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動，電機驅(qū)動等。液壓和氣壓驅(qū)動的明顯缺點是附屬設(shè)備多，整個體積、重量大，控制不方便。電機驅(qū)動也需要有一連串的減速傳動機構(gòu)，增加了體積、重量和轉(zhuǎn)動慣量，不利于實現(xiàn)靈巧性的動作。由此組成的機器人機構(gòu)與日益發(fā)展的機器人智能越來越不相適應(yīng)，限制了智能機器人的發(fā)展和擴大應(yīng)用。因此，研制各種適合于機器人特點的新型驅(qū)動裝置勢在必行。
從仿生學的研究發(fā)現(xiàn)，人體的肌肉是一種理想的高效、靈活的驅(qū)動器，其優(yōu)點是直接進行驅(qū)動，不需要減速裝置和傳動元件。而且肌肉往往成對排列，以群體的形式互相協(xié)同、配合、牽制，以獨特、巧妙的方式達到最佳效果。因此，模擬肌肉的功能和工作方式，可以使驅(qū)動器的性能得到提高，更適合于機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動。
電磁鐵是電驅(qū)動裝置的一種，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和驅(qū)動技術(shù)中，與肌肉相比，相同點是電磁鐵驅(qū)動也不需要減速裝置，且結(jié)構(gòu)簡單，便于控制。不同點，也是電磁鐵的缺點是一、驅(qū)動力曲線很陡，動作猛烈，不適合于驅(qū)動機器人關(guān)節(jié)；二、運動構(gòu)件之間的磨擦阻力大，三、工作行程短。因此，在機器人驅(qū)動中，電磁鐵的應(yīng)用較少。本實用新型的目的，是從仿生學的角度出發(fā)，對現(xiàn)行的螺管式電磁鐵作出改進，使其具有部分肌肉的功能和工作方式。以更適合于機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動，提高機器人關(guān)節(jié)工作的效率和性能。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的在組成機器人關(guān)節(jié)的可相對轉(zhuǎn)動的兩個部分上，各與一塊圓柱形軟磁磁芯的端部相連，此兩塊圓柱形磁芯安放在一個線軸形的非磁性套管內(nèi)，非磁性套管的外面繞有一個電磁線圈，在磁芯、非磁性套管和電磁線圈的外面，包有一個空心的橢球形磁性橡膠體，兩塊磁芯的端部，分別與磁性橡膠體的前端和后端相固定，構(gòu)成磁路。同時，還與人工關(guān)節(jié)可相對轉(zhuǎn)動的兩部分分別固聯(lián)。電磁線圈未通電時，在磁性橡膠體彈力的作用下，兩塊磁芯相分離，無驅(qū)動力；反之，當電磁線圈通電時，兩塊磁芯之間產(chǎn)生電磁吸力及磁芯與電磁線圈之間產(chǎn)生螺管力，產(chǎn)生驅(qū)動作用。
磁性橡膠體的作用除了與磁芯構(gòu)成磁路，起導磁作用外，還具有彈性，其作用一是緩沖吸振，使動作比較柔和；二是構(gòu)成的柔性磁路，使磨擦阻力大幅度減少；三是可以模仿肌肉的工作狀態(tài)，成對使用，構(gòu)成原動肌和對抗肌，以實現(xiàn)靈巧動作和擴大工作行程。在磁性橡膠體上有一定數(shù)量的縱向縫，其作用一是有利于對流散熱，二是減小磁性橡膠體的變形阻力。在電磁線圈的外周或內(nèi)部，固定有一定數(shù)量的微型熱管。熱管的根數(shù)視散熱需要而定。
本實用新型的優(yōu)點是不需要減速機構(gòu)直接進行驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，動作柔和，運動慣量小，功率重量比大，磨擦阻力小，傳動效率高?？沙蓪κ褂脴?gòu)成仿生關(guān)節(jié)，以達到驅(qū)動力平穩(wěn)，驅(qū)動行程大，動作靈活的目的。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述


圖1為本實用新型未通電時的狀態(tài)圖；圖2為本實用新型通電后達到最大“收縮”時的狀態(tài)圖；圖3為本實用新型A-A剖面的側(cè)視圖。
參看
圖1、圖2、圖3，由圖可知，非磁性套管(5)的外面，繞有一個電磁線圈(6)，在非磁性套管(5)內(nèi)有一個固定的軟磁磁芯(10)和可移動的軟磁磁芯(2)，磁芯(10)的一端可抵擋在非磁性套管(5)環(huán)形臺肩上，另一端由擋板(9)和磁性橡膠體(3)的端面限位固定。磁芯(2)的一端可在非磁性套管(5)內(nèi)移動，另一端與磁性橡膠體(3)的端部固聯(lián)并通過人工肌腱和人工關(guān)節(jié)的另一部分相聯(lián)。電磁線圈(6)的外面(亦可在里面)固定有一定數(shù)量的熱管(7)，熱管(7)的一端插在非磁性套管(5)的盲孔中，另一端焊有擋塊(11)，擋塊(11)由擋板(9)限位固定，從而使熱管(7)固定。擋板(9)通過螺釘(8)與非磁性套管(5)相聯(lián)，使非磁性套管(5)與磁性橡膠體固定在一起，支承件(12)一端通過螺釘(13)與非磁性套管(5)固定，另一端與人工關(guān)節(jié)固定。磁性橡膠體(3)與磁芯(2)和磁芯(10)形成磁路。當電磁線圈(6)未通電時，磁芯(2)在磁性橡膠體(3)的彈力作用下，離開磁芯(10)，呈
圖1所示的狀態(tài)。當電磁線圈(6)通電時，磁芯(2)在與磁芯(10)之間的端面電磁力及與電磁線圈(6)之間的螺管力的作用下，沿非磁性套管(5)的內(nèi)孔，向磁芯(10)移動，使磁性橡膠體(3)變形收縮，產(chǎn)生驅(qū)動作用，呈圖2所示狀態(tài)。磁性橡膠體(3)上制有縱向縫(4)，其作用為減小磁性橡膠體(3)的變形阻力，并有利于對流散熱。磁性橡膠體(3)構(gòu)成的柔性磁路，避免了主磁通通過磁芯(2)與非磁性套管(5)內(nèi)孔之間的間隙，磁芯(2)與非磁性套管(5)之間的作用力較小，從而使磁芯受到的磨擦阻力大幅度減小。這樣，利用電磁力產(chǎn)生驅(qū)動作用，兩個驅(qū)動器的配合使用，使機器人關(guān)節(jié)產(chǎn)生曲、伸動作。
磁性橡膠是由軟磁磁粉和橡膠混煉而成的復(fù)合材料，它既有軟磁磁性材料的磁性，又具有高分子材料的彈性，在人工關(guān)節(jié)驅(qū)動器中起導磁、改善磁路、緩沖儲能及磁屏避作用。
熱管是一種相變傳熱元件，具有很大的當量導熱系數(shù)，導熱能力是普通材料的1000多倍，把微型熱管應(yīng)用于電磁線圈的散熱，可以提高散熱效果，增大驅(qū)動器的功率重量比。
上述附圖及其說明給出了本實用新型的實施例。
權(quán)利要求1.一種人工關(guān)節(jié)驅(qū)動器，由非磁性套管(5)、繞在非磁性套管(5)外面的電磁線圈(6)、安放在非磁性套管(5)內(nèi)固定的軟磁磁芯(10)和可移動的軟磁磁芯(2)、分別與固定的軟磁磁芯(10)和可移動的軟磁磁芯(2)相連的人工關(guān)節(jié)的兩個部分組成，其特征在于在軟磁磁芯(2和10)、非磁性套管(5)和電磁線圈(6)的外面，包有一個空心的橢球形的磁性橡膠體(3)；磁性橡膠體(3)的前端與可移動的軟磁磁芯(2)相固定，后端與固定的軟磁磁芯(10)相固定；在電磁線圈(6)的外部(或內(nèi)部。固定有數(shù)根微型熱管(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其特征在于固定的軟磁磁芯(10)的前端由非磁性套管(5的環(huán)形臺肩定位，后端由磁性橡膠體(3)和擋板(9)定位。
3.如權(quán)利要求1所說的驅(qū)動器，其特征在于熱管(7)的一端插在非磁性套管(5)的盲孔中，另一端焊有擋塊(11)，擋塊(11)由擋板(9)限位固定。
專利摘要本實用新型屬于驅(qū)動機構(gòu)，用于驅(qū)動機器人的人工關(guān)節(jié)，也可驅(qū)動其它機構(gòu)。其特征在于在人工關(guān)節(jié)的兩個部分上，各連一塊圓柱形軟磁磁芯，此兩塊磁芯安裝在一個非磁性套管內(nèi)，套管的外面繞有電磁線圈。線圈的外面包有一個橢球形磁性橡膠體。兩塊與人工關(guān)節(jié)相連的磁芯的端部。各與磁性橡膠體的前、后端相固定，構(gòu)成磁路。人工關(guān)節(jié)的兩個部分，在兩個驅(qū)動器的作用下，分別實現(xiàn)“曲”“伸”動作。
文檔編號B25J17/00GK2241613SQ95212409
公開日1996年12月4日 申請日期1995年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者徐偉, 孫序梁 申請人:中國人民解放軍89000部隊, 哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所