CN108943007A - 一种气压增强刚度的气动扭转关节 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体的说是涉及一种气动扭转关节，更具体的说是一种气压增强刚度的气动扭转关节，包括顶部端板、保持圈、刚度增强腔、扭转腔、外接气管和底部端板，所述顶部端板固定连接在扭转腔上；所述扭转腔固定连接在底部端板上；所述保持圈设有两个，两个保持圈分别套设在扭转腔的上下两端；两个保持圈设置在顶部端板和底部端板之间；所述刚度增强腔的两端分别固定连接在上下两个保持圈上；所述刚度增强腔和扭转腔上皆设有气管连接头；所述外接气管设有多根；所述气管连接头的外端连接外接气管。本发明可以实现关节扭转运动并具有一定的刚度保持功能，保证运动的可靠性和稳定性，提高机器人整体刚度和位姿准确性、可靠性。

Description

一种气压增强刚度的气动扭转关节

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体的说是涉及一种气动扭转关节，更具体的说是一种气压增强刚度的气动扭转关节。

背景技术

对于有质量要求及清洁度要求的机器人应用领域，如航天领域、康复机器人领域等，用气动扭转关节可以在一定程度上替代传统的机械扭转关节。气动扭转关节具有质量轻、功率密度比大、惯性小等优点，但是关节刚度低，精度差。

发明内容

本发明的目的是提供一种气压增强刚度的气动扭转关节，可以有效解决现有的气动扭转关节连接刚度差，在承受载荷后刚度保持能力差，关节变形大的问题；本发明的一种气压增强刚度的气动扭转关节，可以实现关节扭转运动并具有一定的刚度保持功能，保证运动的可靠性和稳定性，提高机器人整体刚度和位姿准确性、可靠性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种气压增强刚度的气动扭转关节，包括顶部端板、保持圈、刚度增强腔、扭转腔、外接气管和底部端板，所述顶部端板固定连接在扭转腔上；所述扭转腔固定连接在底部端板上；所述保持圈设有两个，两个保持圈分别套设在扭转腔的上下两端；两个保持圈设置在顶部端板和底部端板之间；所述刚度增强腔的两端分别固定连接在上下两个保持圈上；所述刚度增强腔和扭转腔上皆设有气管连接头；所述外接气管设有多根；所述气管连接头的外端连接外接气管。

所述顶部端板和底部端板皆为圆盘状结构；所述顶部端板和底部端板上皆均布有连接螺栓孔。

所述扭转腔为圆筒状结构；所述扭转腔由扭转腔腔体、扭转腔顶部柱塞、扭转腔纤维绳和扭转腔底部柱塞组成；所述扭转腔顶部柱塞、扭转腔底部柱塞分别采用强力密封胶密封连接在扭转腔腔体内侧的上下两端；所述扭转腔纤维绳采用硅橡胶缠绕粘接在扭转腔腔体上；所述扭转腔底部柱塞上设有气管连接头，气管连接头的外端连接一根外接气管；所述顶部端板固定连接在扭转腔顶部柱塞上；所述扭转腔底部柱塞固定连接在底部端板上；两个保持圈分别套设在扭转腔顶部柱塞和扭转腔底部柱塞上。

所述扭转腔腔体由弹性橡胶材料制成，所述扭转腔纤维绳为单螺旋绳，扭转腔纤维绳不可拉伸。

所述保持圈为圆盘状结构。

所述刚度增强腔为圆筒状结构，刚度增强腔由刚度增强腔腔体、刚度增强腔顶部柱塞、刚度增强腔纤维绳和刚度增强腔底部柱塞组成；所述刚度增强腔顶部柱塞和刚度增强腔底部柱塞分别采用强力密封胶密封连接在刚度增强腔腔体内侧的上下两端；所述刚度增强腔纤维绳采用硅橡胶缠绕粘接在刚度增强腔腔体上；所述刚度增强腔底部柱塞上设有气管连接头，气管连接头的外端连接一根外接气管；所述刚度增强腔顶部柱塞和刚度增强腔底部柱塞分别固定连接上下两个保持圈。

所述刚度增强腔腔体由弹性橡胶材料制成；所述刚度增强腔腔体的外部缠绕双向反对称螺旋的刚度增强腔纤维绳，所述刚度增强腔纤维绳不可拉伸。

所述刚度增强腔的数量为三个。

本发明的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其有益效果为：

本发明一种气压增强刚度的气动扭转关节，通过对扭转腔充入一定压力的气体，实现扭转腔扭转，进而带动顶部端板的扭转实现关节扭转功能；保持圈套在扭转腔两侧柱塞上，当扭转腔扭转时，可保证三个刚度增强腔相对位置固定；整个气动扭转关节通过控制扭转腔充入气体压力达到预定扭转角度时，往刚度增强腔内充入一定压力气体，刚度增强腔伸长，带动保持圈伸长并与顶部端板和底部端板顶死，实现关节的预紧加载，提高整个气动扭转关节的刚度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图一；

图2是本发明的整体结构半剖示意图二；

图3是本发明的刚度增强腔结构示意图；

图4是本发明的扭转腔结构示意图；

图5是本发明的顶部端板结构示意图；

图6是本发明的底部端板结构示意图；

图7是本发明的保持圈结构示意图。

图中：顶部端板1；保持圈2；刚度增强腔3；刚度增强腔腔体3-1；刚度增强腔顶部柱塞3-2；刚度增强腔纤维绳3-3；刚度增强腔底部柱塞3-4；扭转腔4；扭转腔腔体4-1；扭转腔顶部柱塞4-2；扭转腔纤维绳4-3；扭转腔底部柱塞4-4；外接气管5；底部端板6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

具体实施方式一：

下面结合图1-7说明具体实施方式，一种气压增强刚度的气动扭转关节，包括顶部端板1、保持圈2、刚度增强腔3、扭转腔4、外接气管5和底部端板6，所述顶部端板1固定连接在扭转腔4上；所述扭转腔4固定连接在底部端板6上；所述保持圈2设有两个，两个保持圈2分别套设在扭转腔4的上下两端；两个保持圈2设置在顶部端板1和底部端板6之间，由顶部端板1和底部端板6进行轴端限位；所述刚度增强腔3的两端分别固定连接在上下两个保持圈2上，两个保持圈2可带动均布的三个刚度增强腔3可绕中心轴线旋转；所述刚度增强腔3和扭转腔4上皆设有气管连接头；所述外接气管5设有多根；所述气管连接头的外端连接外接气管5。

本发明的一种气压增强刚度的气动扭转关节，在工作时，往扭转腔腔体4-1内充入一定压力的气体，在扭转腔纤维绳4-3的约束下，扭转腔4产生扭转和轴向收缩，通过控制充入气体压力，扭转腔4实现预定角度的扭转。往刚度增强腔腔体3-1内充入一定压力的气体，在刚度增强腔纤维绳3-3的约束下，刚度增强腔3径向收缩，轴向伸长，带动两侧保持圈2沿轴向运动，与顶部端板1和底部端板6顶死，实现关节整体的加载预紧，达到增强整个气动扭转关节刚度的目的。

具体实施方式二：

下面结合图1-7说明具体实施方式，所述顶部端板1和底部端板6皆为圆盘状结构；所述顶部端板1和底部端板6上皆均布有连接螺栓孔,连接螺栓孔作为气动扭转关节外接接口使用。

具体实施方式三：

下面结合图1-7说明具体实施方式，所述扭转腔4为圆筒状结构；所述扭转腔4由扭转腔腔体4-1、扭转腔顶部柱塞4-2、扭转腔纤维绳4-3和扭转腔底部柱塞4-4组成；所述扭转腔顶部柱塞4-2、扭转腔底部柱塞4-4分别采用强力密封胶密封连接在扭转腔腔体4-1内侧的上下两端；所述扭转腔纤维绳4-3采用硅橡胶缠绕粘接在扭转腔腔体4-1上；所述扭转腔底部柱塞4-4上设有气管连接头，气管连接头的外端连接一根外接气管5；所述顶部端板1固定连接在扭转腔顶部柱塞4-2上；所述扭转腔底部柱塞4-4固定连接在底部端板6上；两个保持圈2分别套设在扭转腔顶部柱塞4-2和扭转腔底部柱塞4-4上。

所述扭转腔腔体4-1由弹性橡胶材料制成，所述扭转腔纤维绳4-3为单螺旋绳，扭转腔纤维绳4-3不可拉伸。

所述扭转腔顶部柱塞4-2、扭转腔底部柱塞4-4塞入扭转腔腔体4-1内之后采用强力密封胶密封；扭转腔纤维绳4-3缠绕在扭转腔腔体4-1上之后，采用硅橡胶粘接固定。所述扭转腔腔体4-1外部缠绕单螺旋的一定角度的扭转腔纤维绳4-3，扭转腔纤维绳4-3不可拉伸，当扭转腔纤维绳4-3与轴线的夹角小于54.74°时，扭转腔腔体4-1内充入一定压力的气体产生膨胀，在扭转腔纤维绳4-3的约束作用下，扭转腔4产生扭转和轴向收缩动作。

具体实施方式四：

下面结合图1-7说明本实施方式，所述保持圈2为圆盘状结构，保持圈2用于与刚度增强腔3相连，保证三个刚度增强腔3周向相对位置的固定，保持圈2套在扭转腔4上，在扭转腔4产生扭转时，可保证三个刚度增强腔3相对位置固定。

具体实施方式五：

下面结合图1-7说明本实施方式，所述刚度增强腔3为圆筒状结构，刚度增强腔3由刚度增强腔腔体3-1、刚度增强腔顶部柱塞3-2、刚度增强腔纤维绳3-3和刚度增强腔底部柱塞3-4组成；所述刚度增强腔顶部柱塞3-2和刚度增强腔底部柱塞3-4分别采用强力密封胶密封连接在刚度增强腔腔体3-1内侧的上下两端；所述刚度增强腔纤维绳3-3采用硅橡胶缠绕粘接在刚度增强腔腔体3-1上；所述刚度增强腔底部柱塞3-4上设有气管连接头，气管连接头的外端连接一根外接气管5；所述刚度增强腔顶部柱塞3-2和刚度增强腔底部柱塞3-4分别固定连接上下两个保持圈2。

所述刚度增强腔腔体3-1由弹性橡胶材料制成；所述刚度增强腔腔体3-1的外部缠绕双向反对称螺旋的刚度增强腔纤维绳3-3，所述刚度增强腔纤维绳3-3不可拉伸。

所述刚度增强腔3的数量为三个。

所述刚度增强腔顶部柱塞3-2、刚度增强腔底部柱塞3-4塞入刚度增强腔腔体3-1内之后采用强力密封胶密封，刚度增强腔纤维绳3-3缠绕在刚度增强腔腔体3-1上之后，采用硅橡胶粘接固定；所述刚度增强腔腔体3-1由弹性橡胶材料制成，刚度增强腔腔体3-1外部缠绕双向反对称螺旋的一定角度的刚度增强腔纤维绳3-3，刚度增强腔纤维绳3-3不可拉伸；当刚度增强腔纤维绳3-3与轴线的夹角大于54.74°时，刚度增强腔腔体3-1内充入一定压力的气体产生膨胀，在刚度增强腔纤维绳3-3的约束作用下，刚度增强腔3产生轴向拉伸和径向收缩，带动两侧保持圈2沿轴向运动，通过两个保持圈2分别与顶部端板1和底部端板6顶死，实现关节整体的加载预紧，达到增强气动扭转关节刚度的目的。

本发明的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其工作原理为：使用时，往扭转腔腔体4-1内充入一定压力的气体，扭转腔腔体4-1产生膨胀，在扭转腔纤维绳4-3的约束下，扭转腔4产生扭转和轴向收缩，通过控制充入气体压力，扭转腔4实现预定角度的扭转，往刚度增强腔腔体3-1内充入一定压力的气体，刚度增强腔腔体3-1产生膨胀，在刚度增强腔纤维绳3-3的约束下，刚度增强腔3径向收缩，轴向伸长，带动两侧保持圈2沿轴向运动，与顶部端板1和底部端板6顶死，实现关节整体的加载预紧，达到增强气动扭转关节刚度的目的。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气压增强刚度的气动扭转关节，包括顶部端板(1)、保持圈(2)、刚度增强腔(3)、扭转腔(4)、外接气管(5)和底部端板(6)，其特征在于：所述顶部端板(1)固定连接在扭转腔(4)上；所述扭转腔(4)固定连接在底部端板(6)上；所述保持圈(2)设有两个，两个保持圈(2)分别套设在扭转腔(4)的上下两端；两个保持圈(2)设置在顶部端板(1)和底部端板(6)之间；所述刚度增强腔(3)的两端分别固定连接在上下两个保持圈(2)上；所述刚度增强腔(3)和扭转腔(4)上皆设有气管连接头；所述外接气管(5)设有多根；所述气管连接头的外端连接外接气管(5)。

2.根据权利要求1所述的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其特征在于：所述顶部端板(1)和底部端板(6)皆为圆盘状结构；所述顶部端板(1)和底部端板(6)上皆均布有连接螺栓孔。

3.根据权利要求1所述的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其特征在于：所述扭转腔(4)为圆筒状结构；所述扭转腔(4)由扭转腔腔体(4-1)、扭转腔顶部柱塞(4-2)、扭转腔纤维绳(4-3)和扭转腔底部柱塞(4-4)组成；所述扭转腔顶部柱塞(4-2)、扭转腔底部柱塞(4-4)分别采用强力密封胶密封连接在扭转腔腔体(4-1)内侧的上下两端；所述扭转腔纤维绳(4-3)采用硅橡胶缠绕粘接在扭转腔腔体(4-1)上；所述扭转腔底部柱塞(4-4)上设有气管连接头，气管连接头的外端连接一根外接气管(5)；所述顶部端板(1)固定连接在扭转腔顶部柱塞(4-2)上；所述扭转腔底部柱塞(4-4)固定连接在底部端板(6)上；两个保持圈(2)分别套设在扭转腔顶部柱塞(4-2)和扭转腔底部柱塞(4-4)上。

4.根据权利要求3所述的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其特征在于：所述扭转腔腔体(4-1)由弹性橡胶材料制成，所述扭转腔纤维绳(4-3)为单螺旋绳，扭转腔纤维绳(4-3)不可拉伸。

5.根据权利要求3所述的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其特征在于：所述保持圈(2)为圆盘状结构。

6.根据权利要求5所述的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其特征在于：所述刚度增强腔(3)为圆筒状结构，刚度增强腔(3)由刚度增强腔腔体(3-1)、刚度增强腔顶部柱塞(3-2)、刚度增强腔纤维绳(3-3)和刚度增强腔底部柱塞(3-4)组成；所述刚度增强腔顶部柱塞(3-2)和刚度增强腔底部柱塞(3-4)分别采用强力密封胶密封连接在刚度增强腔腔体(3-1)内侧的上下两端；所述刚度增强腔纤维绳(3-3)采用硅橡胶缠绕粘接在刚度增强腔腔体(3-1)上；所述刚度增强腔底部柱塞(3-4)上设有气管连接头，气管连接头的外端连接一根外接气管(5)；所述刚度增强腔顶部柱塞(3-2)和刚度增强腔底部柱塞(3-4)分别固定连接上下两个保持圈(2)。

7.根据权利要求6所述的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其特征在于：所述刚度增强腔腔体(3-1)由弹性橡胶材料制成；所述刚度增强腔腔体(3-1)的外部缠绕双向反对称螺旋的刚度增强腔纤维绳(3-3)，所述刚度增强腔纤维绳(3-3)不可拉伸。

8.根据权利要求6所述的一种气压增强刚度的气动扭转关节，其特征在于：所述刚度增强腔(3)的数量为三个。