一种仿生人工肌肉与关节控制装置的制作方法

1.本实用新型属于机械臂控制技术领域，具体涉及的是一种仿生人工肌肉与关节控制装置。


背景技术：

2.目前，国内外人工智能技术的研究已全面展开，以人工智能中最常见的机械臂来说，常用的驱动方式有电机驱动、气动驱动等，气动驱动又分为正压和负压驱动，各种驱动方式各有优劣，分别适用于不同的应用环境和应用功能，然而机械臂结构简洁、传动高效一直是专家学者研究的方向。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种仿生人工肌肉与关节控制装置。
4.本实用新型的设计构思为：利用电磁铁的磁场为动力源，模仿真人手臂的动作过程，采用磁铁同极相吸、异极相斥的工作原理和齿轮相互传动的工作原理，通过一个可活动的六边形装置，实现模仿人的手臂运动的功能，通过控制和改变电磁铁的电流大小和方向，产生一个控制机械臂在平面内运动的力，达到控制机械臂的作用力大小和方向，从而实现机械输出功能，完成对外输出做功，完成其操作功能。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种仿生人工肌肉与关节控制装置，它包括动力源机构和动力输出臂，其中：
7.所述动力源机构包括上半区连杆组、下半区连杆组、电磁体和齿轮传动组件，上半区连杆组与下半区连杆组对称设置，上半区连杆组与下半区连杆组均包括三根依次线性铰接的连杆， 上半区连杆组的首尾两端与下半区连杆组的首尾两端分别通过齿轮传动组件铰接；所述电磁体设置于上半区连杆组与下半区连杆组所围成的封闭区域内，所述下半区连杆组中位于中间位置的连杆的一端与动力输出臂的一端固定连接；
8.所述齿轮传动组件包括齿轮架，齿轮架的内侧固定设置永磁体组件，并且两侧永磁体组件与电磁体的轴线方向共线；所述齿轮架上设置轴线方向相互平行的转轴，转轴上分别设置模数相同的齿轮，并且齿轮相互啮合；
9.所述电磁体通电后产生的磁场吸引或者排斥对应的永磁体组件，永磁体组件驱动上半区连杆组与下半区连杆组分别绕铰接位置处转动，动力源机构驱动动力输出臂在平面内作
±
50
°
旋转运动。
10.进一步地，所述电磁体包括电磁铁芯和通电螺线管，通电螺线管缠绕在电磁铁芯的外部。
11.进一步地，所述下半区连杆组中位于一侧的连杆与动力输出臂的中部铰接。
12.与现有技术相比本实用新型的有益效果为：
13.本实用新型结构简单，通过控制和改变电磁铁的电流大小和方向，控制机械臂的
作用力大小和方向，从而实现机械输出功能，完成对外输出做功，完成其操作功能，传动效率稳定、高效。
附图说明
14.图1为本实用新型整体结构示意图；
15.图2为齿轮传动组件立体结构示意图；
16.图3为连杆铰接位置处装配结构示意图；
17.图4为永磁体组件立体结构示意图；
18.图5为动力源机构驱动动力输出臂向下运动时整体结构示意图；
19.图6为动力源机构驱动动力输出臂向上运动时整体结构示意图。
20.图中，1为上半区连杆组，1-1为连杆，2为下半区连杆组，3为输出臂，4为电磁体，5为齿轮传动组件，5-1为齿轮架，5-2为永磁体组件，5-3为转轴，5-4为齿轮。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
22.如图1至图4所示的一种仿生人工肌肉与关节控制装置，它包括动力源机构和动力输出臂3，其中：
23.所述动力源机构包括上半区连杆组1、下半区连杆组2、电磁体4和齿轮传动组件5，上半区连杆组1与下半区连杆组2对称设置，上半区连杆组1与下半区连杆组2均包括三根依次线性铰接的连杆1-1，上半区连杆组1的首尾两端与下半区连杆组2的首尾两端分别通过齿轮传动组件5铰接，本装置采用两侧对称的设计，有利于利用电磁铁4两极的磁力外，尽量减少能量的损失；所述电磁体4设置于上半区连杆组1与下半区连杆组2所围成的封闭区域内，电磁体4包括电磁铁芯和通电螺线管，通电螺线管缠绕在电磁铁芯的外部，所述下半区连杆组2中位于中间位置的连杆1-1的一端与动力输出臂3的一端固定连接；
24.所述齿轮传动组件5包括齿轮架5-1，齿轮架5-1的内侧固定设置永磁体组件5-2，并且两侧永磁体组件5-2与电磁体4的轴线方向共线，采用电磁铁4提供动力并控制机械臂的运动状态，通过改变电磁铁4的电流方向，吸引或者排斥永磁铁组件5-2产生运动，输出功率相同的情况下使用永磁铁组件5-2，减少电功率，节约能源，提高持续工作时间，实现在电功率相同的情况下，利用固定永磁铁加力，使输出功率变大；所述齿轮架5-1上设置轴线方向相互平行的转轴5-3，转轴5-3上分别设置模数相同的齿轮5-4，并且齿轮相互啮合，使同侧两连杆1-1（摇动臂）运动幅度相同，使永磁铁组件5-2在运动过程中始终与电磁铁4共线，处于电磁铁4磁场较强的地方，以获得更大的动力；
25.所述电磁体4通电后产生的磁场吸引或者排斥对应的永磁体组件5-2，永磁体组件5-2驱动上半区连杆组1与下半区连杆组2分别绕铰接位置处转动，动力源机构驱动动力输出臂3在平面内作
±
50
°
旋转运动。
26.除此之外，所述下半区连杆组2中位于一侧的连杆1-1还可以与动力输出臂3的中部铰接，使本装置的运动更稳定。
27.本实用新型的使用过程如下：
28.当电磁铁4通电时，遵循右手螺旋定律，在电磁铁4的两端会形成n极和s极，产生的
磁极分别作用在两侧的永磁体组件5-2上，一侧吸引永磁体组件5-2，另一侧排斥永磁体组件5-2，使得永磁体组件5-2驱动上半区连杆组1与下半区连杆组2分别绕铰接位置处转动，如图5所示，动力源机构驱动动力输出臂3向下运动；
29.与此相反，电磁铁4内的电流方向反向，电磁铁4的两端形成的n极和s极相反，同样一侧吸引永磁体组件5-2，另一侧排斥永磁体组件5-2，使得永磁体组件5-2驱动上半区连杆组1与下半区连杆组2分别绕铰接位置处转动，如图6所示，动力源机构驱动动力输出臂3向上运动。
30.本控制装置通过控制电磁铁的电流方向和电流大小，可以持续形成一个规律的变形，进而控制动力输出臂3上下规律的运动，实现类似人工手臂持续运动的功能。
31.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种仿生人工肌肉与关节控制装置，它包括动力源机构和动力输出臂（3），其特征在于：所述动力源机构包括上半区连杆组（1）、下半区连杆组（2）、电磁体（4）和齿轮传动组件（5），上半区连杆组（1）与下半区连杆组（2）对称设置，上半区连杆组（1）与下半区连杆组（2）均包括三根依次线性铰接的连杆（1-1），上半区连杆组（1）的首尾两端与下半区连杆组（2）的首尾两端分别通过齿轮传动组件（5）铰接；所述电磁体（4）设置于上半区连杆组（1）与下半区连杆组（2）所围成的封闭区域内，所述下半区连杆组（2）中位于中间位置的连杆（1-1）的一端与动力输出臂（3）的一端固定连接；所述齿轮传动组件（5）包括齿轮架（5-1），齿轮架（5-1）的内侧固定设置永磁体组件（5-2），并且两侧永磁体组件（5-2）与电磁体（4）的轴线方向共线；所述齿轮架（5-1）上设置轴线方向相互平行的转轴（5-3），转轴（5-3）上分别设置模数相同的齿轮（5-4），并且齿轮相互啮合；所述电磁体（4）通电后产生的磁场吸引或者排斥对应的永磁体组件（5-2），永磁体组件（5-2）驱动上半区连杆组（1）与下半区连杆组（2）分别绕铰接位置处转动，动力源机构驱动动力输出臂（3）在平面内作
±
50
°
旋转运动。2.根据权利要求1所述的一种仿生人工肌肉与关节控制装置，其特征在于：所述电磁体（4）包括电磁铁芯和通电螺线管，通电螺线管缠绕在电磁铁芯的外部。3.根据权利要求1所述的一种仿生人工肌肉与关节控制装置，其特征在于：所述下半区连杆组（2）中位于一侧的连杆（1-1）与动力输出臂（3）的中部铰接。

技术总结
一种仿生人工肌肉与关节控制装置，属于机械臂控制技术领域，为了实现机械臂结构简洁、传动高效的目的，本实用新型采用以下技术方案：动力源机构包括上半区连杆组、下半区连杆组、电磁体和齿轮传动组件，上半区连杆组与下半区连杆组对称设置，上半区连杆组的首尾两端与下半区连杆组的首尾两端分别通过齿轮传动组件铰接，电磁体设置于上半区连杆组与下半区连杆组所围成的封闭区域内，下半区连杆组中位于中间位置的连杆的一端与动力输出臂的一端固定连接。本实用新型通过控制和改变电磁铁的电流大小和方向，控制机械臂的作用力大小和方向，从而实现机械输出功能，完成对外输出做功，完成其操作功能。总之本实用新型结构简单，传动效率稳定、高效。高效。高效。


技术研发人员：王昱智
受保护的技术使用者：王昱智
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/4/26