氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)，包括約束元件、彈性鋼板、氣囊、上端蓋、下端蓋、上堵頭、下堵頭、流體入口，在上端蓋和下端蓋之間設(shè)有若干個(gè)約束元件，所述若干個(gè)約束元件同軸串聯(lián)密排形成柱狀結(jié)構(gòu)，在柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成1個(gè)矩形空腔和2個(gè)軸線平行的管狀空腔。在矩形空腔內(nèi)設(shè)置彈性鋼板，彈性鋼板兩端分別與上端蓋、下端蓋固定連接；在管狀空腔中設(shè)置氣囊，氣囊兩端分別與上堵頭、下堵頭連接，在下堵頭上設(shè)有流體入口。本發(fā)明的關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置與關(guān)節(jié)本體復(fù)合形成一體結(jié)構(gòu)，具有1個(gè)自由度，雙側(cè)氣囊交替通氣可實(shí)現(xiàn)仿生關(guān)節(jié)單維兩個(gè)方向的主動(dòng)彎曲。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械手及仿生機(jī)器人肢體用柔性關(guān)節(jié)，特別涉及一種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)、軍事、醫(yī)療和服務(wù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，已成為世界各國(guó)的重要戰(zhàn)略支撐技術(shù)之一。作為機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)和核心部件，各類(lèi)主動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)性能和控制方法，將決定機(jī)器人的整體水平。在陸生、水生和仿人機(jī)器人領(lǐng)域，肢體柔性關(guān)節(jié)在解決柔性運(yùn)動(dòng)和抓取物體的適應(yīng)性方面具有重要作用。因此，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行了深入研究并取得了可喜成果，研究的主要內(nèi)容有關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)材料和關(guān)節(jié)柔性結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。其中關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制方式為研究重點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)材料是研究難點(diǎn)。
[0003]國(guó)內(nèi)外已研發(fā)的柔性關(guān)節(jié)主要有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣缸驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)電聚合物、電致驅(qū)動(dòng)和人工肌肉驅(qū)動(dòng)等幾種形式。其中應(yīng)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓和氣缸驅(qū)動(dòng)方式的柔性關(guān)節(jié)，其技術(shù)基本成熟，應(yīng)用廣泛，但體積較大，關(guān)節(jié)柔性程度受到限制;而導(dǎo)電聚合物和電致驅(qū)動(dòng)行程較小，主要用于微動(dòng)關(guān)節(jié);氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)具有較好的綜合柔性，近年來(lái)得到了快速發(fā)展，但具有較強(qiáng)的非線性。以上幾種驅(qū)動(dòng)裝置在應(yīng)用過(guò)程中都要與機(jī)械結(jié)構(gòu)配合使用，體積大，小型化困難，關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡由機(jī)械結(jié)構(gòu)決定，柔順性差。
[0004]因此，目前已有的人工關(guān)節(jié)尚不能完全滿足在形式變化較大的工業(yè)品的搬運(yùn)、水中仿生及特種機(jī)器人等領(lǐng)域的特殊需要，有必要繼續(xù)開(kāi)發(fā)具有高度柔性的關(guān)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種機(jī)器人肢體用氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)。
[0006]本發(fā)明的一種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)，包括約束元件、彈性鋼板、氣囊、上端蓋、下端蓋、上堵頭、下堵頭、流體入口，在上端蓋和下端蓋之間設(shè)有若干個(gè)約束元件。
[0007]所述約束元件為圓環(huán)狀片體，在約束環(huán)一側(cè)端面中心處有一矩形柱狀凸起，矩形柱狀凸起內(nèi)有一矩形通孔，矩形通孔兩側(cè)對(duì)稱分布4個(gè)圓形通孔。
[0008]所述若干個(gè)約束元件同軸串聯(lián)密排形成柱狀結(jié)構(gòu)，在柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成I個(gè)矩形空腔和4個(gè)軸線平行的管狀空腔。在矩形空腔內(nèi)設(shè)置彈性鋼板，彈性鋼板兩端分別與上端蓋、下端蓋固定連接;在管狀空腔中設(shè)置氣囊，氣囊兩端分別與上堵頭、下堵頭連接，構(gòu)成密封腔體;上堵頭、下堵頭與上端蓋、下端蓋固定連接成一體，在下堵頭上設(shè)有流體入口。
[0009 ]所述關(guān)節(jié)包含4個(gè)氣囊，采用同側(cè)2個(gè)氣囊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0010]所述下堵頭上設(shè)有流體入口，以充入壓力流體，當(dāng)充入流體壓力增加，密封腔體膨脹推動(dòng)約束元件移動(dòng)使關(guān)節(jié)主動(dòng)變形加大，當(dāng)充入流體壓力減小，橡膠氣囊恢復(fù)，關(guān)節(jié)變形減小，變形情況與所述骨架形式和通壓狀態(tài)有關(guān)；當(dāng)骨架為彈性元件，同側(cè)2個(gè)氣囊通氣壓力相同時(shí)，關(guān)節(jié)發(fā)生單方向主動(dòng)彎曲，反之另側(cè)2個(gè)氣囊通氣壓力相同時(shí)，關(guān)節(jié)向反方向主動(dòng)彎曲；彎曲變形程度由流體介質(zhì)壓力決定，所述充入流體，可以是無(wú)腐蝕、無(wú)毒性的介質(zhì)， 如壓縮空氣、水等。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是關(guān)節(jié)體積小和運(yùn)動(dòng)靈活，關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置與關(guān)節(jié)本體復(fù)合為一體，具有1個(gè)自由度，雙側(cè)氣囊交替通氣可實(shí)現(xiàn)仿生關(guān)節(jié)單維兩個(gè)方向的主動(dòng)彎曲；該關(guān)節(jié)屬流體驅(qū)動(dòng)變形的柔性關(guān)節(jié)，可采用一個(gè)比例閥和兩個(gè)換向閥進(jìn)行動(dòng)作控制，方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn);作為動(dòng)作執(zhí)行元件，由于其結(jié)構(gòu)主要為復(fù)合彈性體，在接觸不同形狀和不同的硬度物體時(shí)，適應(yīng)性會(huì)更好且具有一定緩沖效果，可用于仿生機(jī)械手手指等關(guān)節(jié)上，尤其適用于抓取或搬運(yùn)易損、易碎和不規(guī)則形狀的物體，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:[〇〇13]圖1是本發(fā)明種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)爆炸示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明雙種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)軸側(cè)示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)柔性軸骨架示意圖；
[0016]圖中1、上端蓋;2、上堵頭;3、彈性鋼板;4、約束元件;5、氣囊;6、下堵頭;7、下端蓋； 8、流體入口?！揪唧w實(shí)施方式】 [〇〇17] 實(shí)施例:
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0019]本發(fā)明氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)是由上端蓋1、上堵頭2、彈性鋼板3、約束元件 4、氣囊5、下堵頭6、下端蓋7和流體入口 8組成的；上端蓋1和下端蓋7分別位于氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)兩端，氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)中間是14個(gè)約束元件4同軸密排串聯(lián)，串聯(lián)后外形為柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部形成1個(gè)矩形空腔和4個(gè)軸線平行的管狀空腔，所述1個(gè)矩形空腔中軸線與所述柱狀結(jié)構(gòu)的軸線平行，稱為管狀空腔一，在管狀空腔一中設(shè)置彈性鋼板3(附圖3 柔性軸骨架實(shí)例)，彈性鋼板3兩端分別與上端蓋1、下端蓋7固定連接;除管狀空腔一以外的其余4個(gè)管狀空腔結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，關(guān)于柱狀結(jié)構(gòu)的軸線對(duì)稱分布，稱為管狀空腔二，在管狀空腔二中設(shè)置橡膠氣囊5,橡膠氣囊兩端分別與上堵頭2、下堵頭6連接，構(gòu)成密封腔體； 上堵頭2、下堵頭6與上端蓋1、下端蓋7固定連接成一體，在下堵頭6上設(shè)有流體入口，上端蓋 1和下端蓋7可通過(guò)螺紋連接的方式與機(jī)器人本體組裝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)，包括約束元件、彈性鋼板、氣囊、上端蓋、下端蓋、 上堵頭、下堵頭、流體入口，在上端蓋和下端蓋之間設(shè)有若干個(gè)約束元件，所述若干個(gè)約束 元件同軸串聯(lián)密排形成柱狀結(jié)構(gòu)，在柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成1個(gè)矩形空腔和4個(gè)軸線平行的管狀 空腔。在矩形空腔內(nèi)設(shè)置彈性鋼板，彈性鋼板兩端分別與上端蓋、下端蓋固定連接;在管狀 空腔中設(shè)置氣囊，氣囊兩端分別與上堵頭、下堵頭連接，構(gòu)成密封腔體;上堵頭、下堵頭與上 端蓋、下端蓋固定連接成一體，在下堵頭上設(shè)有流體入口。其特征在于:所述關(guān)節(jié)采用4個(gè)氣 囊，同側(cè)的兩個(gè)氣囊同時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動(dòng)雙向單維彎曲柔性關(guān)節(jié)，其特征在于:所述約束元件 為圓環(huán)狀片體，在約束環(huán)一側(cè)端面中心處有一矩形柱狀凸起，矩形柱狀凸起內(nèi)有一矩形通 孔，矩形通孔兩側(cè)對(duì)稱分布4個(gè)圓形通孔。
【文檔編號(hào)】B25J17/00GK205668277SQ201620059259
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年1月16日
【發(fā)明人】劉曉敏, 耿德旭, 趙云偉, 鄭永永, 劉榮輝
【申請(qǐng)人】北華大學(xué)