一种压电式仿生肌小节的制作方法

本发明属于仿生机器人，尤其是涉及一种压电式仿生肌小节。

背景技术：

1、人类通过肌肉驱动骨骼关节进行肢体动作，而肌肉是由肌肉束并联形成，肌肉束中最小驱动单元是肌小节，由肌小节串联而成。在仿生机器人领域中，人工仿生肌小节是一种关键的技术，用于改进仿生机器人的肢体动作控制。传统的仿生肌小节技术在一定程度上受到了复杂性、尺寸和质量等方面的限制。这些限制因素包括：1、复杂性和体积，传统的仿生肌小节通常由多个机械部件和驱动系统组成，这使得其复杂且占据较大的体积，限制了其在小型机器人或应用中的应用。2、仿生肌小节的重量，由于仿生肌小节的结构和材料，它们往往相对重，对机器人的负载和能源需求造成了额外的压力。3、提升力限制，传统机械驱动的仿生肌小节通常在提举力方面受到限制，难以实现高度灵活的运动。

2、综上所述，现有技术未能提供一种简化的、轻量化的仿生肌小节，以更好地模仿人类肌肉的运动原理，从而驱动机器人的肢体关节和骨骼，实现与人类肢体动作更相似的运动。因此，本专利旨在提供一种新颖的仿生肌小节技术，利用压电逆效应作为驱动力，以克服传统技术的上述限制，从而在机器人和其他应用中实现更高效、更轻量、更紧凑的肢体动作控制系统。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种压电式仿生肌小节，用于解决现有技术中的仿生肌小节机构复杂，零部件较多，尺寸较大，质量较重，提举力较小的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供的一种压电式仿生肌小节，包括：壳体、压电片、推动台、自锁机构、柔性动力线和弹性件，所述壳体设有一个中空的柱形腔体；若干所述压电片堆叠成柱形的驱动柱，所述驱动柱的一端和所述柱形腔体的端面固定连接；所述推动台和所述驱动柱的另一端接触连接；所述自锁机构固定安装在所述推动台上；所述弹性件一端和所述自锁机构接触连接，所述弹性件的另一端所述柱形腔体的端面接触连接；所述柔性动力线依次从所述壳体所述压电片、所述自锁机构、所述弹性件穿过，所述自锁机构用于锁住所述柔性动力线防止所述柔性动力线串动。

3、模拟肌小节收缩运动：当所述压电片通电时，由于压电逆效应产生膨胀，将推动所述推动台做直线运动，推动台驱动所述自锁机构机构锁住所述柔性动力线，锁住所述柔性动力线后对所述柔性动力线施加一个拉力，拉动所述柔性动力线向上运动。当所述压电片断电时，弹性件将推动所述自锁机构向下运动，所述自锁机构脱离所述柔性动力线，所述自锁机构在所述弹性件的推力作用下回到最初状态，当时此过程中，所述柔性动力线并不会回到最初位置，因此，在所述压电片在一个脉冲往复周期运动转变成了单向的向上运动，柔性动力线带动机器人关节而做工，产生收缩缩运动。

4、模拟肌小节处于静止状态：向所述压电片通过一个稳定的电压，压电逆效应产生膨胀，推动所述推动台做直线运动，推动台驱动所述自锁机构机构锁住所述柔性动力线，使其处于静止状态。

5、模拟肌小节处于放松状态：所述压电片断电，弹性件反向推动所述自锁机构，自锁机构和所述柔性动力线分离，柔性动力线能够自由活动，此时仿生肌小节处于放松状态。

6、仿生肌小节可以通过通过柔性动力线输出动力到负载。整体结构简单，能够模仿肌小节收缩、静止、放松等运动方式，整个结构紧凑，控制精确。

7、所述自锁机构包括自锁台和摩擦自锁件和传动组件；所述自锁台滑动设置在所述柱形腔体的内壁，所述自锁台设在所述推动台和所述弹性件之间，所述自锁台中心开有通孔，所述柔性动力线从所述通孔中穿过，所述自锁台上开设有滑槽，若干所述滑槽沿着所述通孔环形阵列径向布置，所述摩擦自锁件设置在所述滑槽中并和所述滑槽滑动配合，每个所述滑槽中均设置有一个所述摩擦自锁件，所述摩擦自锁件和所述推动平台通过所述传动组件传动连接。当所述推动台运动时，通过所述传动组件推动所述摩擦自锁件向着所述柔性动力线靠拢，并将所述柔性动力线夹持住，所述推动台继续运动过程中，推动整个自锁台整体运动，自锁台运动过程中会给所述柔性动力线施加上一个拉力。

8、本实施例中，请参阅图1-图6，所述传动组件包括自锁杆和销式铰座；所述销式铰座和所述推动台固定连接，所述自锁杆的中部和所述自锁台转动连接，所述自锁杆的一端和所述销式铰座铰接，所述自锁杆上的铰接孔为条形孔，所述自锁杆的另一端和所述摩擦自锁件互相铰接，所述摩擦自锁件上的铰接孔为条形孔。

9、当所述推动台推动的时候，首先推动所述自锁杆转动，然后在整体推动所述传动组件一起沿着推动台运动方向运动。此过程中，由于所述自锁杆上的铰接孔为条形孔，当所述销式铰座做直线运动时，所述销式铰座上的销轴在所述条形孔中运动，并驱动所述自锁杆旋转。

10、可选地，所述传动组件包括自锁杆和销式铰座；所述推动台上设置有导轨，若干所述导轨沿着所述柔性动力线环形阵列径向布置，所述销式铰座和所述导轨滑动配合，所述自锁杆的中部和所述自锁台转动连接，所述自锁杆的一端和所述销式铰座铰接，所述自锁杆的另一端和所述摩擦自锁件互相铰接，所述摩擦自锁件上的铰接孔为条形孔。

11、当所述推动台推动的时候，首先推动所述自锁杆转动，然后在整体推动所述传动组件一起沿着推动台运动方向运动。此过程中，当所述推动台做直线运动时，所述销式铰座在所述导轨上运动，并带动所述自锁杆转动，自锁杆转动过程中，驱动了所述摩擦自锁件向着所述柔性动力线运动。

12、可选地，所述自锁台包括第一移动平台和第二移动平台，所述第一移动平台和所述第二移动平台固定连接，所述自锁杆的中部和所述自锁台转动连接，所述第一移动平台上开设有条形通孔，所述自锁杆从所述条形通孔中穿过，所述第二移动平台上开设有滑槽，所述滑槽和所述条形通孔对应。

13、可选地，所述摩擦自锁件包括连接部和摩擦部，所述连接部上开设有条形孔，所述摩擦部呈棱锥形，所述棱锥形的棱边上开设有通槽。增大自锁的摩擦力，并且能不损伤柔性动力线。

14、可选地，所述摩擦自锁件的数量为三个，三个所述摩擦自锁件的通槽组合在一起时形成一个圆形通孔，所述通孔的直径小于所述柔性动力线的外径。增大自锁的摩擦力，并且能不损伤柔性动力线。

15、本实施例中，请参阅图1-图6，所述弹性件为包括两个蝶形弹簧，两个所述蝶形弹簧对称设置，且两个所述蝶形弹簧固定连接。所述蝶形弹簧的弹簧片上径向开设有若干条形通槽。增加所述弹性件的伸缩范围，同时增强弹性。

16、可选地，所述壳体两端均设置有安装凸台。方便安装所述仿生肌小节。

技术特征：

1.一种压电式仿生肌小节，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述自锁机构包括自锁台和摩擦自锁件和传动组件；

3.根据权利要求2所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述传动组件包括自锁杆和销式铰座；

4.根据权利要求2所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述传动组件包括自锁杆和销式铰座；

5.根据权利要求3或4所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述自锁台包括第一移动平台和第二移动平台，所述第一移动平台和所述第二移动平台固定连接，所述自锁杆的中部和所述自锁台转动连接，所述第一移动平台上开设有条形通孔，所述自锁杆从所述条形通孔中穿过，所述第二移动平台上开设有滑槽，所述滑槽和所述条形通孔对应。

6.根据权利要求3或4所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述摩擦自锁件包括连接部和摩擦部，所述连接部上开设有条形孔，所述摩擦部呈棱锥形，所述棱锥形的棱边上开设有通槽。

7.根据权利要求6所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述摩擦自锁件的数量为三个，三个所述摩擦自锁件的通槽组合在一起时形成一个圆形通孔，所述通孔的直径小于所述柔性动力线的外径。

8.根据权利要求1所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述弹性件为包括两个蝶形弹簧，两个所述蝶形弹簧对称设置，且两个所述蝶形弹簧固定连接。

9.根据权利要求8所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述蝶形弹簧的弹簧片上径向开设有若干条形通槽。

10.根据权利要求1所述的压电式仿生肌小节，其特征在于：所述壳体两端均设置有安装凸台。

技术总结
本发明涉及一种压电式仿生肌小节，属于仿生机器技术领域，用于解决现有技术中的仿生肌小节机构复杂，零部件较多，尺寸较大，质量较重，提举力较小的问题。包括：壳体、压电片、推动台、自锁机构、柔性动力线和弹性件，所述壳体设有一个中空的柱形腔体；若干所述压电片堆叠成柱形的驱动柱，所述驱动柱的一端和所述柱形腔体的端面固定连接；所述推动台和所述驱动柱的另一端接触连接；所述自锁机构固定安装在所述推动台上；所述弹性件一端和所述自锁机构接触连接，所述弹性件的另一端所述柱形腔体的端面接触连接；所述自锁机构用于锁住所述柔性动力线防止所述柔性动力线串动。结构简单，能够模仿肌小节伸缩运动，整个结构紧凑，控制精确。

技术研发人员：吴亚军
受保护的技术使用者：华曼诺特智能科技（山东）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29