CN101138845A - 基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节 - Google Patents
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Abstract
一种基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节，包括弧形气动柔性气缸、前固定件以及后固定件，所述弧形气动柔性气缸包括弧形橡胶管、弹簧钢丝，所述弹簧钢丝沿着弧形橡胶管的径向螺旋密绕在其橡胶管的内壁中，所述弧形橡胶管外侧的弹簧匝数的密度比内侧弹簧匝数密度小；所述的前固定件与后固定件连接可转动地连接，在所述的前后固定件之间安装弧形气动柔性气缸；所述的气动柔性气缸的两端分别安装第一封盖、第二封盖，所述第一封盖与前固定件固定连接，所述第二封盖与后固定件固定连接，所述第二封盖上设有与外界大气连通的通孔。本发明提供一种结构简单合理、易于小型化、具有良好灵活性的气动柔性弯曲关节。
Description
(一)技术领域
本发明是弯曲关节，属于气动柔性弯曲关节，适用于设计制作柔性机械手等场合。
(二)背景技术
当今世界，电机驱动机器人和液压驱动机器人的驱动部件大都是作往复运动或旋转运动。当它们被用来制作机器人的关节时，通常必需有一套机械装置，把往复或旋转运动转换成所要求的其他运动方式。这种方式设计的机器人关节可能具有高精确度、大输出功率等优点；但这些设计往往体积大、结构复杂以及价格昂贵，而且灵活性也远远落后于人体的关节。
灵巧机器人的应用前景已得到人们的普遍认可，又由于当代机器人驱动部件存在以上缺点，所以灵巧机器人驱动部件的研究成为机器人设计者关注的重点，机器人工程师正在寻求新型的驱动部件以取代旧的驱动部件。
如专利申请号为CN200510038743.91，一种螺旋弹簧式人工肌肉的柔性关节，其流体驱动人工肌肉的特征是：弹性波纹管总成由弹性波纹管、扣紧外壳、法兰内套、连接螺母构成；弹性波纹管总成的连接螺母旋转，经密封垫，将弹性波纹管从两端密封地安装在头座和尾座的螺纹上，形成封闭的关节空腔；流体通过管接头进入关节空腔，管接头与尾座间有密封圈密封；头座和尾座上的削扁处各有两个相同的螺纹孔，作为人工肌肉组件与其他零件装配联接孔；螺旋弹簧两端伸出的弹簧丝由压板压紧，压板由两个螺钉固定在垫块上。扣紧外壳位于气缸的外侧，具有约束作用，限制气缸的径向移动。该结构通过扣紧外壳来限定柔性气缸的运动，存在的缺点：结构不合理，不易于小型化，灵活性差。
(三)发明内容
为了克服已有的机器人弯曲关节的结构不合理、不易于小型化、灵活性差的不足，本发明提供一种结构简单合理、易于小型化、具有良好灵活性的基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节，包括弧形气动柔性气缸、前固定件以及后固定件，所述弧形气动柔性气缸包括弧形橡胶管、弹簧钢丝，所述弹簧钢丝沿着弧形橡胶管的径向螺旋密绕在其橡胶管的内壁中，所述弧形橡胶管外侧的弹簧匝数的密度比内侧弹簧匝数密度小；所述的前固定件与后固定件连接可转动地连接，在所述的前后固定件之间安装弧形气动柔性气缸；所述的气动柔性气缸的两端分别安装第一封盖、第二封盖，所述第一封盖与前固定件固定连接，所述第二封盖与后固定件固定连接，所述第二封盖上设有与外界大气连通的通孔。
作为优选的一种方案：所述的前固定件、后固定件上个安装一个约束圆弧片，所述的约束圆弧片的形状与所述弧形橡胶管的外侧匹配。
进一步，所述的前固定件通过铰链或弹片与后固定件连接。
本发明的技术构思为：采用弧形气动柔性气缸来实现关节弯曲，弹簧钢丝是沿着弧形橡胶管的径向螺旋密绕在其橡胶管的内壁中，由于弧形橡胶管外侧的弧长比内侧弧长长，故其外侧的弹簧匝数的密度要比内侧弹簧匝数密度小。弧形气动柔性气缸的工作原理是：通过端盖的通孔把压缩空气通入到弧形橡胶管内，在压缩空气压力的作用下，由于弧形橡胶管固有弧形，使得弧形橡胶管和弹簧钢丝只能沿着弧形伸长，又由于弹簧钢丝的径向限制作用，从而保证了弧形气动柔性气缸在变形过程中不会发生径向变形；当减小压缩空气的压力，由于弧形橡胶管和弹簧钢丝的回弹作用，弧形气动柔性气缸会沿着弧形收缩。
通过控制弧形气动缸的气动柔性弯曲关节的充气压力的大小来最终控制弯曲角度的大小。
本发明的有益效果主要表现在：1、结构简单合理，尺寸小，易于小型化；2、动作灵活，刚性好，具有较大的实施价值。
(四)附图说明
图1是基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节的初始状态结构示意图。
图2是图1的A面剖视图。
图3是基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节的工作状态结构示意图。
图4是弧形气动柔性气缸的结构示意图。
图5是弧形橡胶管的放大示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节，由前固定件1、第一封盖2、弧形气动柔性气缸3、前约束圆弧6、后约束圆弧7、第二封盖8、后固定件9和铰链10所组成，弧形气动柔性气缸3的左右两端分别与第一封盖2、第二封盖8密封连接，弧形气动柔性气缸由于其固有的弧形，从而在旋转中可以保证它能沿弧形伸长或收缩；第二封盖8有一通孔和外界大气连通，第一封盖2一端是封闭的，第一封盖与前固定件1固定连接，前固定件上固定连接前圆弧约束片6，第二封盖8与后固定件9固定连接，后固定件上固定连接后圆弧约束片7，前固定件与后固定件通过铰链10连接，前固定件1和前圆弧约束片6能够相对于后固定件9和后圆弧约束片7转动。
参照图4、图5，弧形气动柔性气缸由弧形橡胶管4、弹簧钢丝5组成；第一封盖2、第二端盖8通过强力胶固定密封连接在弧形橡胶管4的两端，也可以以其它方式进行密封连接，第二端盖8有一通孔和外界大气连通，第一端盖2一端是封闭的；弹簧钢丝5是沿着弧形橡胶管4的径向螺旋密绕在其橡胶管的内壁中，由于弧形橡胶管4外侧的弧长比内侧弧长长，故其外侧的弹簧匝数的密度要比内侧弹簧匝数密度小。弧形气动柔性气缸3的工作原理是：通过第二封盖2的通孔把压缩空气通入到弧形橡胶管4内，在压缩空气压力的作用下，由于弧形橡胶管4的固有弧形，使得弧形橡胶管4和弹簧钢丝5只能沿着弧形伸长，又由于弹簧钢丝5的径向限制作用，从而保证了弧形气动柔性气缸3在变形过程中不会发生径向变形；当减小压缩空气的压力，由于弧形橡胶管4和弹簧钢丝5的回弹作用，弧形气动柔性气缸3会沿着弧形收缩。弧形气动柔性气缸3，其结构简单，尺寸小，易于小型化，动作灵活，刚性好，具有较大的实施价值。
本实施例的工作过程为：当向弧形气动柔性气缸3中通入压缩气体时，气缸伸长变形，前固定件1将在弧形气动柔性气缸3的推动下绕铰链10相对于后固定件旋转一个角度α，如图3所示。通过控制一种气动柔性弯曲关节的充气压力的大小来最终控制弯曲角度的大小。在初始阶段，弧形气动柔性气缸3处于自然长度状态，即伸长量为零，如附图1所示；然后向弧形气动柔性气缸3都通入压强为P的压缩空气，弧形气动柔性气缸3由于受到气体压力作用而变形伸长，由于弧形气动柔性气缸3的一端与前固定件1相连，与后固定件9脱开；而另一端与后固定件9脱开，与前固定件1相连，因此前固定件1将在弧形气动柔性气缸3的推动下，绕铰链10相对于后固定件9旋转一个角度α，如图3。
Claims (3)
1.一种基于弧形气动缸的气动柔性弯曲关节，其特征在于：所述气动柔性弯曲关节包括弧形气动柔性气缸、前固定件以及后固定件，所述弧形气动柔性气缸包括弧形橡胶管、弹簧钢丝，所述弹簧钢丝沿着弧形橡胶管的径向螺旋密绕在其橡胶管的内壁中，所述弧形橡胶管外侧的弹簧匝数的密度比内侧弹簧匝数密度小；所述的前固定件与后固定件连接可转动地连接，在所述的前后固定件之间安装弧形气动柔性气缸；所述的气动柔性气缸的两端分别安装第一封盖、第二封盖，所述第一封盖与前固定件固定连接，所述第二封盖与后固定件固定连接，所述第二封盖上设有与外界大气连通的通孔。
2.如权利要求1所述的基于弧形气动缸的气动弯曲关节，其特征在于：所属的饿前固定件、后固定件上个安装一个约束圆弧片，所述的约束圆弧片的形状与所述弧形橡胶管的外侧匹配。
3.如权利要求1或2所述的基于弧形气动缸的气动弯曲关节，其特征在于：所述的前固定件通过铰链或弹片与后固定件连接。
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