CN2767081Y - 一种可多方向弯曲的柔性关节 - Google Patents

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本实用新型涉及一种可多方向弯曲的柔性关节，此关节可用作机器人、机械手和残疾人假肢的各类关节，尤其是需多方向弯曲的机械人关节，属于机器人、机械手和残疾人假肢等应用技术领域。关节以流体驱动肌肉组件的受力膨胀为动力，关节的弯曲角度与关节空腔内的流体压力有关；工作时，对外作用力随关节空腔内的流体压力增加而增加；受冲击时，有较好的缓冲作用，且关节结构对扭矩亦有缓冲作用。关节波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，弯曲灵活；具有占空比小，功率/质量比小，耗能小的特点；并可根据使用要求更换不同刚性的弹簧；同时弯曲变形量与流体压强的关系，易建立数学模型，动态控制精度高。

Description

一种可多方向弯曲的柔性关节
技术领域：
本实用新型涉及一种可多方向弯曲的柔性关节，此柔性关节可用作机器人、机械手和残疾人假肢的各类关节，尤其是如人体的臂关节一样的需多方向弯曲的机械人关节，属于机器人、机械手和残疾人假肢等应用技术领域。
背景技术：
本实用新型作出以前，在已有技术中，对于弯曲关节来说：一般以各类电机或液气压为动力，采用各种机械结构，或液气压缸和马达，或以它们的组合为执行元件。上述方式是刚性结构，结构复杂，体积较大，制造成本高。亦有采用通压缩空气的橡胶壁(一种可轴向变形大的圆形橡胶管)的弯曲关节，由于橡胶壁的轴向、径向都要膨胀，但径向膨胀是浪费能量，且对橡胶壁的弯曲变形无法得到较精确数学模型，动态控制效果不好，不够灵敏；更关键的是现有技术的柔性关节，只能一个方向弯曲，不能实现多方向弯曲。
发明内容：
本实用新型的目的在于克服上述不足之处，本实用新型弯曲关节采用板弹簧或圆杆弹簧为柔性骨架，波壳受流体压力后轴向膨胀作为肌肉动力，如人体的臂关节一样可实现多方向弯曲。靠板弹簧或圆杆弹簧的回弹作用，弯曲变形的关节回复原状。波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，关节弯曲动作灵活，耗能小，同时动态控制精度高。
本实用新型的主要解决方案是这样实现的：
波壳3(单节波壳的纵截面形状是“V”、“U”、“Ω”等形状的橡胶波纹管)靠卡箍2夹紧在头座1和尾座4的卡口上，波壳3、头座1和尾座4构成的封闭空腔；流体通过软管7和直角接头6进入关节空腔，直角接头6与尾座4间有密封圈5密封；由上述零件构成了一个独立的流体驱动肌肉组件。板弹簧9的两端由内六角螺栓8定位夹紧在两个流体驱动肌肉组件的头座1和尾座4的导向方槽17内，这样由两个流体驱动肌肉组件和一个板弹簧9形构成了双向弯曲柔性关节。或多个流体驱动肌肉组件分别由内六角螺栓8经过导向块10定位后，固定在两端的正多边形底座16，正多边形底座16的边数等于流体驱动肌肉组件的个数；圆杆弹簧13的两端由开口销14连接半圆导套11，半圆导套11小间隙地塞在带有细牙螺纹的旋盖12内；旋转旋盖12调节圆杆弹簧13的位置；更换不同直径的半圆导套11和圆杆弹簧13，以改变圆杆弹簧13的刚性，使关节具有不同的动态特性。
本实用新型与已有技术相比具有以下优点：
本实用新型可多方向弯曲的柔性关节采用板弹簧或圆杆弹簧为柔性骨架，波壳受流体压力作用后膨胀作为肌肉动力。关节弯曲角度与关节空腔内的流体压力有关；工作时，抓握力随各关节空腔内的流体压力增大而增大；受冲击时，较好的缓冲作用，且关节结构对扭矩亦有缓冲作用。靠板弹簧或圆杆弹簧的作用，关节弯曲后回复原状。本实用新型关节要求流体流量小，波壳的变形对流体压力的变化敏感，小的压力变化就产生明显弯曲变化；具有占空比(波壳弯曲与伸直时占用的流体空间之比)小，功率/质量比小，耗能小的特点。且弯曲变形量与流体压强的关系，易建立数学模型，动态控制精度高，关节弯曲灵活。
附图说明：
图1为本实用新型的多方向弯曲柔性关节的A-A主剖视图
图2为本实用新型的多方向弯曲柔性关节的B-B剖视图
图3为本实用新型的双向弯曲关节的主视图
图4为本实用新型的双向弯曲关节头的C-C剖视图
图5为本实用新型的流体驱动肌肉组件的D-D剖视图
图6为本实用新型的流体驱动肌肉组件的主视图
图7为本实用新型的半圆导套的主视图
图8为本实用新型的半圆导套的E-E剖视图
图9为本实用新型的圆杆弹簧的俯视图
具体实施方式：
下面本实用新型将结合附图中的实施例作进一步描述：
本实用新型主要由头座1、卡箍2、波壳3、尾座4、密封圈5、直角接头6、软管7、内六角螺栓8、板弹簧9、导向块10、半圆导套11、旋盖12、圆杆弹簧13、开口销14、圆盖15、正多边形底座16、导向方槽17等组成。本实用新型的波壳3的单节纵截面形状是“V”、“U”、“Ω”等橡胶波纹管。
如附图5、6所示的流体驱动肌肉组件：波壳3靠卡箍2夹紧在头座1和尾座4的卡口上，波壳3、头座1和尾座4构成的封闭空腔；流体通过软管7和直角接头6进入关节空腔，直角接头6与尾座4间有密封圈5密封。
如附图3、4所示的双向弯曲柔性关节：板弹簧9的两端由内六角螺栓8定位夹紧在两个流体驱动肌肉组件头座1和尾座4上相同的导向方槽17内。
如附图1、2所示的多方向弯曲柔性关节：多个气动肌肉组件分别由内六角螺栓8经过导向块10定位后，固定在正多边形底座16，正多边形底座16的边数等于流体驱动肌肉组件的个数，正多边形底座16的边数可为3～20；开口销14穿过圆杆弹簧13和两个半圆导套11安装，合并配对的半圆导套11以很小间隙地塞在带有细牙螺纹的旋盖12内，圆盖15用螺钉拧在旋盖12上，开口销14和圆盖15共同限制圆杆弹簧13的轴向移动；旋转旋盖12调节圆杆弹簧13的位置；更换不同直径的半圆导套11和圆杆弹簧13，以改变圆杆弹簧13的刚性，使柔性关节具有不同的动态特性。
如附图7、8所示的半圆导套11两两配作、标记并配对装配；如附图9所示的圆杆弹簧13两端镦扁、钻孔后，热处理。
下面为本实用新型的工作原理及工作过程：
本实用新型可多方向弯曲的柔性关节的工作原理是：受流体压力作用，波壳3轴向伸长，因受板弹簧9或圆杆弹簧13的限制而产生弯曲。对双向或多方向的柔性弯曲关节，根据工作情况，可使一个或多个流体驱动肌肉组件的波壳3同时受流体压力作用而膨胀，从而产生不同的关节弯曲驱动力。
本实用新型可多方向弯曲的柔性关节，可由两个或多个的流体驱动肌肉组件组成，每个流体驱动肌肉组件各有一套管路***；静态控制或动态精度要求不高时，控制***管路***的压力变送器传递压力信号，在计算机中比较根据模型数值计算值或实验参数拟合曲线的压力参数而预先设定的值，关闭进口阀，保证各关节弯曲角度和维持对外作用力；接通出口阀，靠板弹簧9或圆杆弹簧13回弹作用，关节内的流体排空，关节伸直，释放抓取物。关节弯曲、回复的快慢速度由管路***的节流阀控制。

Claims (6)

1.一种可多方向弯曲的柔性关节，其特征是：波壳(3)靠卡箍(2)夹紧在头座(1)和尾座(4)的卡口上，波壳(3)、头座(1)和尾座(4)构成的封闭空腔，流体通过软管(7)和直角接头(6)进入空腔，直角接头(6)与尾座(4)间有密封圈(5)密封，上述零件构成了一个独立的流体驱动肌肉组件；板弹簧(9)的两端由内六角螺栓(8)定位夹紧在两个流体驱动肌肉组件的头座(1)和尾座(4)的导向方槽(17)内，形成双向弯曲柔性关节；或多个流体驱动肌肉组件分别由内六角螺栓(8)经过导向块(10)定位后，固定在正多边形底座(16)上，圆杆弹簧(13)的两端由开口销(14)安装在两个半圆导套(11)上，半圆导套(11)很小间隙地塞在带有细牙螺纹的旋盖(12)内。
2.根据权利要求1所述的一种可多方向弯曲的柔性关节，其特征在于：开口销(14)穿过圆杆弹簧(13)和两个半圆导套(11)安装，合并配对的半圆导套(11)以很小间隙地塞在带有细牙螺纹的旋盖(12)内，圆盖(15)用螺钉拧在旋盖(12)上。
3.根据权利要求1所述的一种可多方向弯曲的柔性关节，其特征在于：圆杆弹簧(13)两端镦扁、钻孔后，热处理。
4.根据权利要求1所述的一种可多方向弯曲的柔性关节，其特征在于：正多边形底座(16)的边数等于流体驱动肌肉组件的个数。
5.根据权利要求1所述的一种可多方向弯曲的柔性关节，其特征在于：旋转旋盖(12)调节圆杆弹簧(13)的位置，更换不同直径的半圆导套(11)和圆杆弹簧(13)，以改变圆杆弹簧(13)刚性。
6.根据权利要求1所述的一种可多方向弯曲的柔性关节，其特征在于：双向弯曲的柔性关节是将板弹簧(9)的两端由内六角螺栓(8)定位夹紧在两个流体驱动肌肉组件的头座(1)和尾座(4)的导向方槽(17)内。
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