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一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧

技术领域

本发明属于机械设备技术领域,特别是涉及到一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧。

背景技术

现有无动力外骨骼使用较多的储能机构力曲线多为线性,存在着力度挡位少、不能无级设定的缺点。而且目前无动力外骨骼使用较多的储能机构多为线性弹簧、气弹簧、弹力带等,上述储能机构只能在固定的变力参数区间内对动作提供力量辅助,存在的较大的局限性。现有技术中无动力外骨骼的关节使用的发条弹簧,其助力是恒力的,恒力在用于塔架攀爬无动力外骨骼关节中时变化区间较小,调节至合适力度时需要的时间长,不能很好的满足外骨骼关节的应用。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧用于现有技术中的无动力外骨骼的关节使用的发条弹簧提供的助力是恒力的,变化区间较小,调节至合适力度时需要的时间长,不能很好的满足外骨骼关节的应用。

一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧,包括外旋盘、转轴,还包括固定弹簧片和活动弹簧片,所述固定弹簧片为两组以上并且长度均一致,两组以上的固定弹簧片的内固定端均与转轴固定连接并且连接点均匀布置在转轴的外圆周上,两组以上的固定弹簧片的外固定端均与外旋盘固定连接并且连接点均匀布置在外旋盘的内圆周上;

所述活动弹簧片的外固定端固定连接在外旋盘的内圆周上并且连接点均匀布置,同时活动弹簧片的外固定端连接点与固定弹簧片的外固定端连接点间隔布置,活动弹簧片的内活动端端头处设置有横钩,活动弹簧片的内活动端空置在相邻两个固定弹簧片之间,活动弹簧片的长度不一致并且均小于固定弹簧片的长度。

所述固定弹簧片成对设置,固定弹簧片的旋转方向一致,并且成对的两个固定弹簧片的内固定端的连接点对称布置,成对的两个固定弹簧片的外固定端的连接点对称布置。

所述活动弹簧片成对设置,并且活动弹簧片的数量不超过固定弹簧片的数量,活动弹簧片的外固定端连接点对称布置。

通过上述设计方案,本发明可以带来如下有益效果:

本发明提出了一种在高压塔架攀爬无动力外骨骼关节中应用的变力卷式板簧,通过固定弹簧片之间的夹层与活动弹簧片产生摩擦提供阻尼,多层长短不一的活动弹簧片产生弯曲弹性变形,随着轴心转动圈数增加,各个弹簧片的变形量也逐渐增加,因此通过控制预先调节的轴心转动圈数产生不一样的助力扭矩,助力可调范围广,达到了对外骨骼关节支撑力实现定制化无级变速的目的。应用本发明公开的变力卷式板簧结构能够有效减少外骨骼关节的偏心力,提高关节的使用寿命。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明:

图1为本发明一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧的结构示意图。

图2为本发明一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧应用的外骨骼关节结构示意图。

图3为本发明一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧的形变与弹力的曲线图。

图4为现有技术中单条弹簧片的形变与弹力的曲线图。

图中1-外旋盘、2-转轴、3-固定弹簧片、4-活动弹簧片、5-横钩、301-弹簧片Ⅰ、302-弹簧片Ⅱ、401-弹簧片Ⅲ、402-弹簧片Ⅳ。

具体实施方式

实施例:

如图所示,一种用于塔架攀爬无动力外骨骼关节的变力卷式板簧的具体结构包括外旋盘1、转轴2、固定弹簧片3和活动弹簧片4,固定弹簧片3包括弹簧片Ⅰ301和弹簧片Ⅱ302;活动弹簧片4包括弹簧片Ⅲ401和弹簧片Ⅳ402。

弹簧片Ⅰ301、弹簧片Ⅱ302的两端分别与外旋盘1和转轴2连接,弹簧片Ⅰ301和弹簧片Ⅱ302在对称位置成对布置。弹簧片Ⅲ401、弹簧片Ⅳ402的一端与外旋盘1连接另外一端设置有横钩5并夹持于弹簧片Ⅰ301、弹簧片Ⅱ302之间。

使用过程:使用时候需要把外旋盘1和转轴2分别连接到攀爬外骨骼的旋转关节上。

工作原理:根据胡克定律,F=kx,其中,F为产生的弹力、k为劲度系数、x为变形量。材料中的应力与应变即单位变形量之间成线性关系,因此当布局弹簧片时候,劲度系数与弹簧的材质、截面形状、截面大小有关系,当变形增大时弹力呈线性增大。

而卷式板簧是指螺旋线在一个平面内的几层弹簧片相叠,本发明以四个弹簧片组合为例,弹簧片Ⅰ301和弹簧片Ⅱ302长度相等,一端固定在外旋盘1,另一端与转轴2连接受转轴2转矩作用后使弹簧片Ⅰ301和弹簧片Ⅱ302产生弯曲,弹簧片Ⅲ401的长度比弹簧片Ⅰ301和弹簧片Ⅱ302短,弹簧片Ⅳ402的长度比弹簧片Ⅲ401短,随着转轴2转动圈数增加,,弹簧片Ⅰ301和弹簧片Ⅱ302首先产生变形,若弹簧片Ⅰ301和弹簧片Ⅱ302的劲度系数为k

弹簧片在安装于关节上后因为转轴2与外旋盘1形成一个整体,其内部因为弹簧片的受力压缩,因此对外旋盘1、转轴2产生相对的作用力与反作用力。当单条弹簧片时力在X、Y轴方向分解,分别对外旋盘1和转轴2都产生单向的作用力,因此使外旋盘1和转轴2除了产生一定的转矩外,还在轴向产生偏心力,使外旋盘1和转轴2产生弯矩,造成受力不平衡,因此,此力属于旋转结构中影响机械稳定的不利因数,导致关节使用寿命的降低。而本发明的实施例中是四条弹簧片,分别在对称位置成对出现,以两条弹簧片受力分析,受力的点与轴心有一定的距离产生转矩外,外旋盘1和转轴2在X、Y方向上都有对应的受力平衡,因此当弹簧片成对出现时偏心力可以得到有效的消除和较少,使得剩下关节运动所需的转矩,提升关节的使用寿命。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

技术分类

06120115637106