专利名称：一种人工关节驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于驱动机构，用于驱动机器人的人工关节，也适合于其它机构的驱动工作。
机器人不同于一般的机器，它用以承担人所做的部分工作，其机械构造不仅要结构紧凑，重量轻，而且要能实现灵巧性的动作。而目前机器人的驱动仍然是使用适合于汽车、机床的传统的驱动方式和传动元件，如液压驱动、气压驱动，电机驱动等。液压和气压驱动的明显缺点是附属设备多，整个体积、重量大，控制不方便。电机驱动也需要有一连串的减速传动机构，增加了体积、重量和转动惯量，不利于实现灵巧性的动作。由此组成的机器人机构与日益发展的机器人智能越来越不相适应，限制了智能机器人的发展和扩大应用。因此，研制各种适合于机器人特点的新型驱动装置势在必行。
从仿生学的研究发现，人体的肌肉是一种理想的高效、灵活的驱动器，其优点是直接进行驱动，不需要减速装置和传动元件。而且肌肉往往成对排列，以群体的形式互相协同、配合、牵制，以独特、巧妙的方式达到最佳效果。因此，模拟肌肉的功能和工作方式，可以使驱动器的性能得到提高，更适合于机器人关节的驱动。
电磁铁是电驱动装置的一种，已广泛应用于工业控制和驱动技术中，与肌肉相比，相同点是电磁铁驱动也不需要减速装置，且结构简单，便于控制。不同点，也是电磁铁的缺点是一、驱动力曲线很陡，动作猛烈，不适合于驱动机器人关节；二、运动构件之间的磨擦阻力大，三、工作行程短。因此，在机器人驱动中，电磁铁的应用较少。本实用新型的目的，是从仿生学的角度出发，对现行的螺管式电磁铁作出改进，使其具有部分肌肉的功能和工作方式。以更适合于机器人关节的驱动，提高机器人关节工作的效率和性能。
本实用新型的目的是这样实现的在组成机器人关节的可相对转动的两个部分上，各与一块圆柱形软磁磁芯的端部相连，此两块圆柱形磁芯安放在一个线轴形的非磁性套管内，非磁性套管的外面绕有一个电磁线圈，在磁芯、非磁性套管和电磁线圈的外面，包有一个空心的椭球形磁性橡胶体，两块磁芯的端部，分别与磁性橡胶体的前端和后端相固定，构成磁路。同时，还与人工关节可相对转动的两部分分别固联。电磁线圈未通电时，在磁性橡胶体弹力的作用下，两块磁芯相分离，无驱动力；反之，当电磁线圈通电时，两块磁芯之间产生电磁吸力及磁芯与电磁线圈之间产生螺管力，产生驱动作用。
磁性橡胶体的作用除了与磁芯构成磁路，起导磁作用外，还具有弹性，其作用一是缓冲吸振，使动作比较柔和；二是构成的柔性磁路，使磨擦阻力大幅度减少；三是可以模仿肌肉的工作状态，成对使用，构成原动肌和对抗肌，以实现灵巧动作和扩大工作行程。在磁性橡胶体上有一定数量的纵向缝，其作用一是有利于对流散热，二是减小磁性橡胶体的变形阻力。在电磁线圈的外周或内部，固定有一定数量的微型热管。热管的根数视散热需要而定。
本实用新型的优点是不需要减速机构直接进行驱动，结构简单，动作柔和，运动惯量小，功率重量比大，磨擦阻力小，传动效率高。可成对使用构成仿生关节，以达到驱动力平稳，驱动行程大，动作灵活的目的。
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述
图1为本实用新型未通电时的状态图；图2为本实用新型通电后达到最大“收缩”时的状态图；图3为本实用新型A-A剖面的侧视图。
参看
图1、图2、图3，由图可知，非磁性套管(5)的外面，绕有一个电磁线圈(6)，在非磁性套管(5)内有一个固定的软磁磁芯(10)和可移动的软磁磁芯(2)，磁芯(10)的一端可抵挡在非磁性套管(5)环形台肩上，另一端由挡板(9)和磁性橡胶体(3)的端面限位固定。磁芯(2)的一端可在非磁性套管(5)内移动，另一端与磁性橡胶体(3)的端部固联并通过人工肌腱和人工关节的另一部分相联。电磁线圈(6)的外面(亦可在里面)固定有一定数量的热管(7)，热管(7)的一端插在非磁性套管(5)的盲孔中，另一端焊有挡块(11)，挡块(11)由挡板(9)限位固定，从而使热管(7)固定。挡板(9)通过螺钉(8)与非磁性套管(5)相联，使非磁性套管(5)与磁性橡胶体固定在一起，支承件(12)一端通过螺钉(13)与非磁性套管(5)固定，另一端与人工关节固定。磁性橡胶体(3)与磁芯(2)和磁芯(10)形成磁路。当电磁线圈(6)未通电时，磁芯(2)在磁性橡胶体(3)的弹力作用下，离开磁芯(10)，呈
图1所示的状态。当电磁线圈(6)通电时，磁芯(2)在与磁芯(10)之间的端面电磁力及与电磁线圈(6)之间的螺管力的作用下，沿非磁性套管(5)的内孔，向磁芯(10)移动，使磁性橡胶体(3)变形收缩，产生驱动作用，呈图2所示状态。磁性橡胶体(3)上制有纵向缝(4)，其作用为减小磁性橡胶体(3)的变形阻力，并有利于对流散热。磁性橡胶体(3)构成的柔性磁路，避免了主磁通通过磁芯(2)与非磁性套管(5)内孔之间的间隙，磁芯(2)与非磁性套管(5)之间的作用力较小，从而使磁芯受到的磨擦阻力大幅度减小。这样，利用电磁力产生驱动作用，两个驱动器的配合使用，使机器人关节产生曲、伸动作。
磁性橡胶是由软磁磁粉和橡胶混炼而成的复合材料，它既有软磁磁性材料的磁性，又具有高分子材料的弹性，在人工关节驱动器中起导磁、改善磁路、缓冲储能及磁屏避作用。
热管是一种相变传热元件，具有很大的当量导热系数，导热能力是普通材料的1000多倍，把微型热管应用于电磁线圈的散热，可以提高散热效果，增大驱动器的功率重量比。
上述附图及其说明给出了本实用新型的实施例。
权利要求1.一种人工关节驱动器，由非磁性套管(5)、绕在非磁性套管(5)外面的电磁线圈(6)、安放在非磁性套管(5)内固定的软磁磁芯(10)和可移动的软磁磁芯(2)、分别与固定的软磁磁芯(10)和可移动的软磁磁芯(2)相连的人工关节的两个部分组成，其特征在于在软磁磁芯(2和10)、非磁性套管(5)和电磁线圈(6)的外面，包有一个空心的椭球形的磁性橡胶体(3)；磁性橡胶体(3)的前端与可移动的软磁磁芯(2)相固定，后端与固定的软磁磁芯(10)相固定；在电磁线圈(6)的外部(或内部。固定有数根微型热管(7)。
2.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于固定的软磁磁芯(10)的前端由非磁性套管(5的环形台肩定位，后端由磁性橡胶体(3)和挡板(9)定位。
3.如权利要求1所说的驱动器，其特征在于热管(7)的一端插在非磁性套管(5)的盲孔中，另一端焊有挡块(11)，挡块(11)由挡板(9)限位固定。
专利摘要本实用新型属于驱动机构，用于驱动机器人的人工关节，也可驱动其它机构。其特征在于在人工关节的两个部分上，各连一块圆柱形软磁磁芯，此两块磁芯安装在一个非磁性套管内，套管的外面绕有电磁线圈。线圈的外面包有一个椭球形磁性橡胶体。两块与人工关节相连的磁芯的端部。各与磁性橡胶体的前、后端相固定，构成磁路。人工关节的两个部分，在两个驱动器的作用下，分别实现“曲”“伸”动作。
文档编号B25J17/00GK2241613SQ95212409
公开日1996年12月4日 申请日期1995年6月7日 优先权日1995年6月7日
发明者徐伟, 孙序梁 申请人:中国人民解放军89000部队, 哈尔滨工业大学机器人研究所