專利名稱：一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，此柔性關(guān)節(jié)可用作機器人、機械手和殘疾人假肢的各類關(guān)節(jié)，尤其是如人體的臂關(guān)節(jié)一樣的需多方向彎曲的機械人關(guān)節(jié)，屬于機器人、機械手和殘疾人假肢等應用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本實用新型作出以前，在已有技術(shù)中，對于彎曲關(guān)節(jié)來說一般以各類電機或液氣壓為動力，采用各種機械結(jié)構(gòu)，或液氣壓缸和馬達，或以它們的組合為執(zhí)行元件。上述方式是剛性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復雜，體積較大，制造成本高。亦有采用通壓縮空氣的橡膠壁(一種可軸向變形大的圓形橡膠管)的彎曲關(guān)節(jié)，由于橡膠壁的軸向、徑向都要膨脹，但徑向膨脹是浪費能量，且對橡膠壁的彎曲變形無法得到較精確數(shù)學模型，動態(tài)控制效果不好，不夠靈敏；更關(guān)鍵的是現(xiàn)有技術(shù)的柔性關(guān)節(jié)，只能一個方向彎曲，不能實現(xiàn)多方向彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述不足之處，本實用新型彎曲關(guān)節(jié)采用板彈簧或圓桿彈簧為柔性骨架，波殼受流體壓力后軸向膨脹作為肌肉動力，如人體的臂關(guān)節(jié)一樣可實現(xiàn)多方向彎曲。靠板彈簧或圓桿彈簧的回彈作用，彎曲變形的關(guān)節(jié)回復原狀。波殼的變形對流體壓力的變化敏感，要求流體流量小，關(guān)節(jié)彎曲動作靈活，耗能小，同時動態(tài)控制精度高。
本實用新型的主要解決方案是這樣實現(xiàn)的波殼3(單節(jié)波殼的縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等形狀的橡膠波紋管)靠卡箍2夾緊在頭座1和尾座4的卡口上，波殼3、頭座1和尾座4構(gòu)成的封閉空腔；流體通過軟管7和直角接頭6進入關(guān)節(jié)空腔，直角接頭6與尾座4間有密封圈5密封；由上述零件構(gòu)成了一個獨立的流體驅(qū)動肌肉組件。板彈簧9的兩端由內(nèi)六角螺栓8定位夾緊在兩個流體驅(qū)動肌肉組件的頭座1和尾座4的導向方槽17內(nèi)，這樣由兩個流體驅(qū)動肌肉組件和一個板彈簧9形構(gòu)成了雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)?；蚨鄠€流體驅(qū)動肌肉組件分別由內(nèi)六角螺栓8經(jīng)過導向塊10定位后，固定在兩端的正多邊形底座16，正多邊形底座16的邊數(shù)等于流體驅(qū)動肌肉組件的個數(shù)；圓桿彈簧13的兩端由開口銷14連接半圓導套11，半圓導套11小間隙地塞在帶有細牙螺紋的旋蓋12內(nèi)；旋轉(zhuǎn)旋蓋12調(diào)節(jié)圓桿彈簧13的位置；更換不同直徑的半圓導套11和圓桿彈簧13，以改變圓桿彈簧13的剛性，使關(guān)節(jié)具有不同的動態(tài)特性。
本實用新型與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本實用新型可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)采用板彈簧或圓桿彈簧為柔性骨架，波殼受流體壓力作用后膨脹作為肌肉動力。關(guān)節(jié)彎曲角度與關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力有關(guān)；工作時，抓握力隨各關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力增大而增大；受沖擊時，較好的緩沖作用，且關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)對扭矩亦有緩沖作用?？堪鍙椈苫驁A桿彈簧的作用，關(guān)節(jié)彎曲后回復原狀。本實用新型關(guān)節(jié)要求流體流量小，波殼的變形對流體壓力的變化敏感，小的壓力變化就產(chǎn)生明顯彎曲變化；具有占空比(波殼彎曲與伸直時占用的流體空間之比)小，功率/質(zhì)量比小，耗能小的特點。且彎曲變形量與流體壓強的關(guān)系，易建立數(shù)學模型，動態(tài)控制精度高，關(guān)節(jié)彎曲靈活。


圖1為本實用新型的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)的A-A主剖視圖圖2為本實用新型的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)的B-B剖視圖圖3為本實用新型的雙向彎曲關(guān)節(jié)的主視圖圖4為本實用新型的雙向彎曲關(guān)節(jié)頭的C-C剖視圖圖5為本實用新型的流體驅(qū)動肌肉組件的D-D剖視圖圖6為本實用新型的流體驅(qū)動肌肉組件的主視圖圖7為本實用新型的半圓導套的主視圖圖8為本實用新型的半圓導套的E-E剖視圖圖9為本實用新型的圓桿彈簧的俯視圖具體實施方式
下面本實用新型將結(jié)合附圖中的實施例作進一步描述本實用新型主要由頭座1、卡箍2、波殼3、尾座4、密封圈5、直角接頭6、軟管7、內(nèi)六角螺栓8、板彈簧9、導向塊10、半圓導套11、旋蓋12、圓桿彈簧13、開口銷14、圓蓋15、正多邊形底座16、導向方槽17等組成。本實用新型的波殼3的單節(jié)縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等橡膠波紋管。
如附圖5、6所示的流體驅(qū)動肌肉組件波殼3靠卡箍2夾緊在頭座1和尾座4的卡口上，波殼3、頭座1和尾座4構(gòu)成的封閉空腔；流體通過軟管7和直角接頭6進入關(guān)節(jié)空腔，直角接頭6與尾座4間有密封圈5密封。
如附圖3、4所示的雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)板彈簧9的兩端由內(nèi)六角螺栓8定位夾緊在兩個流體驅(qū)動肌肉組件頭座1和尾座4上相同的導向方槽17內(nèi)。
如附圖1、2所示的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)多個氣動肌肉組件分別由內(nèi)六角螺栓8經(jīng)過導向塊10定位后，固定在正多邊形底座16，正多邊形底座16的邊數(shù)等于流體驅(qū)動肌肉組件的個數(shù)，正多邊形底座16的邊數(shù)可為3～20；開口銷14穿過圓桿彈簧13和兩個半圓導套11安裝，合并配對的半圓導套11以很小間隙地塞在帶有細牙螺紋的旋蓋12內(nèi)，圓蓋15用螺釘擰在旋蓋12上，開口銷14和圓蓋15共同限制圓桿彈簧13的軸向移動；旋轉(zhuǎn)旋蓋12調(diào)節(jié)圓桿彈簧13的位置；更換不同直徑的半圓導套11和圓桿彈簧13，以改變圓桿彈簧13的剛性，使柔性關(guān)節(jié)具有不同的動態(tài)特性。
如附圖7、8所示的半圓導套11兩兩配作、標記并配對裝配；如附圖9所示的圓桿彈簧13兩端鐓扁、鉆孔后，熱處理。
下面為本實用新型的工作原理及工作過程本實用新型可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)的工作原理是受流體壓力作用，波殼3軸向伸長，因受板彈簧9或圓桿彈簧13的限制而產(chǎn)生彎曲。對雙向或多方向的柔性彎曲關(guān)節(jié)，根據(jù)工作情況，可使一個或多個流體驅(qū)動肌肉組件的波殼3同時受流體壓力作用而膨脹，從而產(chǎn)生不同的關(guān)節(jié)彎曲驅(qū)動力。
本實用新型可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，可由兩個或多個的流體驅(qū)動肌肉組件組成，每個流體驅(qū)動肌肉組件各有一套管路系統(tǒng)；靜態(tài)控制或動態(tài)精度要求不高時，控制系統(tǒng)管路系統(tǒng)的壓力變送器傳遞壓力信號，在計算機中比較根據(jù)模型數(shù)值計算值或?qū)嶒瀰?shù)擬合曲線的壓力參數(shù)而預先設定的值，關(guān)閉進口閥，保證各關(guān)節(jié)彎曲角度和維持對外作用力；接通出口閥，靠板彈簧9或圓桿彈簧13回彈作用，關(guān)節(jié)內(nèi)的流體排空，關(guān)節(jié)伸直，釋放抓取物。關(guān)節(jié)彎曲、回復的快慢速度由管路系統(tǒng)的節(jié)流閥控制。
權(quán)利要求1.一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征是波殼(3)靠卡箍(2)夾緊在頭座(1)和尾座(4)的卡口上，波殼(3)、頭座(1)和尾座(4)構(gòu)成的封閉空腔，流體通過軟管(7)和直角接頭(6)進入空腔，直角接頭(6)與尾座(4)間有密封圈(5)密封，上述零件構(gòu)成了一個獨立的流體驅(qū)動肌肉組件；板彈簧(9)的兩端由內(nèi)六角螺栓(8)定位夾緊在兩個流體驅(qū)動肌肉組件的頭座(1)和尾座(4)的導向方槽(17)內(nèi)，形成雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)；或多個流體驅(qū)動肌肉組件分別由內(nèi)六角螺栓(8)經(jīng)過導向塊(10)定位后，固定在正多邊形底座(16)上，圓桿彈簧(13)的兩端由開口銷(14)安裝在兩個半圓導套(11)上，半圓導套(11)很小間隙地塞在帶有細牙螺紋的旋蓋(12)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于開口銷(14)穿過圓桿彈簧(13)和兩個半圓導套(11)安裝，合并配對的半圓導套(11)以很小間隙地塞在帶有細牙螺紋的旋蓋(12)內(nèi)，圓蓋(15)用螺釘擰在旋蓋(12)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于圓桿彈簧(13)兩端鐓扁、鉆孔后，熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于正多邊形底座(16)的邊數(shù)等于流體驅(qū)動肌肉組件的個數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于旋轉(zhuǎn)旋蓋(12)調(diào)節(jié)圓桿彈簧(13)的位置，更換不同直徑的半圓導套(11)和圓桿彈簧(13)，以改變圓桿彈簧(13)剛性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于雙向彎曲的柔性關(guān)節(jié)是將板彈簧(9)的兩端由內(nèi)六角螺栓(8)定位夾緊在兩個流體驅(qū)動肌肉組件的頭座(1)和尾座(4)的導向方槽(17)內(nèi)。
專利摘要本實用新型涉及一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，此關(guān)節(jié)可用作機器人、機械手和殘疾人假肢的各類關(guān)節(jié)，尤其是需多方向彎曲的機械人關(guān)節(jié)，屬于機器人、機械手和殘疾人假肢等應用技術(shù)領(lǐng)域。關(guān)節(jié)以流體驅(qū)動肌肉組件的受力膨脹為動力，關(guān)節(jié)的彎曲角度與關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力有關(guān)；工作時，對外作用力隨關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力增加而增加；受沖擊時，有較好的緩沖作用，且關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)對扭矩亦有緩沖作用。關(guān)節(jié)波殼的變形對流體壓力的變化敏感，要求流體流量小，彎曲靈活；具有占空比小，功率/質(zhì)量比小，耗能小的特點；并可根據(jù)使用要求更換不同剛性的彈簧；同時彎曲變形量與流體壓強的關(guān)系，易建立數(shù)學模型，動態(tài)控制精度高。
文檔編號B25J17/00GK2767081SQ200420054820
公開日2006年3月29日 申請日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者章軍, 須文波, 呂兵 申請人:江南大學