CN109807925A - 可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链 - Google Patents
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Abstract
一种可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，包括：带有固定支座的基座和与之相连的两个多内腔气动双向弯曲致动器，其中：两个多内腔气动双向弯曲致动器交叉设置且两端分别与两个基座上的固定支座相连，基座一侧设有两个关于纵切截面对称的定位斜面，固定支座设置于定位斜面上。本发明使得柔顺铰链具有主动变形的能力，增大了柔顺机构的运动灵活性，并为其引入了变刚度能力，保证了良好的环境顺应能力。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种机构设计领域的装置，具体是一种用于柔顺机构的可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链。
背景技术
刚体机构的驱动惯性大、环境顺应能力差等缺点限制了其在人机交互、顺应操作等领域的应用，而具有弹性顺应环节的弹性机构也因此成为现今机构研究中的热点之一。柔顺机构是弹性机构领域中的一个重要分支，它利用自身弹性构件的弹性变形来转换力、运动或能量，具有零件数量小、结构质量轻的特点，可以减小机构运动中的摩擦、磨损、冲击振动和噪音。因此，与传统的刚体机构相比，柔顺机构的精度更高，可靠性更强，特别适用于如MEMS制造等的特殊制造领域。具有集中柔度的柔顺铰链是柔顺机构的基本单元，现有的柔顺铰链大多由金属薄片制成，仅能在外力作用下通过被动柔性完成变形，因而无法借助内嵌驱动实现主动变形，同时也不具备变刚度特性。针对此问题，设计一种用于柔顺机构的可主动变形的气动型柔顺铰链，以拓展柔顺机构的功能。
发明内容
本发明针对现有柔顺铰链主要采用悬臂梁柔顺铰链、裂筒柔顺铰链和交错轴柔顺铰链等梁结构形式，均不能通过主动变形来实现机构的运动，不仅降低了机构运动的灵活性，而且顺应性不能调节，提出一种可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，使得柔顺机构的铰链具有主动变形的能力，增大了柔顺机构的运动灵活性，并为其引入了变刚度能力，保证了良好的环境顺应能力。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：带有固定支座的基座和与之相连的两个多内腔气动双向弯曲致动器，其中：两个多内腔气动双向弯曲致动器交叉设置且两端分别与两个基座上的固定支座相连，基座一侧设有两个关于纵切截面对称的定位斜面，固定支座设置于定位斜面上。
所述的多内腔气动双向弯曲致动器包括：气体致动结构和致动器基底，其中：气体致动结构对称设置于致动器基底的两侧，通过粘接与致动器基底形成密封连接。
所述的多内腔气动双向弯曲致动器内密封固定有软管，该软管与气体致动结构相连通。
所述的气体致动结构包括：矩形截面气腔、气腔通道和管路通道，其中：矩形截面气腔沿气体致动结构长度方向的轴线等间距序列布置，通过膨胀变形使气体致动结构向致动器基底方向弯曲；用于使各矩形截面气腔连通的气腔通道设置于两个矩形截面气腔之间，用于使气体致动结构与软管内腔连通的管路通道内壁与软管外壁粘接密封。
当多内腔气动双向弯曲致动器经气压或液压驱动时，通过弯曲变形和运动协调以实现铰链近似定轴转动运动的同时顺应末端负载的变化；当末端负载突变时，多内腔气动双向弯曲致动器可产生面内变形以顺应末端负载的变化，并可使柔顺铰链的顺应能力随位姿变化。
附图说明
图1为本发明的正等轴测图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的右视图；
图4为本发明基座的剖面图；
图5为本发明固定支座的俯视图；
图6为本发明固定支座的剖面图；
图7为本发明多内腔气动双向弯曲结构的俯视图；
图8为本发明多内腔气动双向弯曲结构的剖面图；
图中：基座1、四个固定支座2、固定销3、多内腔气动双向弯曲致动器4、软管5、定位斜面6、普通螺纹孔7、中空包围结构8、螺纹孔9、凹槽10、销孔11、气体致动结构12、致动器基底13、矩形截面气腔14、气腔通道15、管路通道16。
具体实施方式
如图1至图8所示，本实施例包括：基座1、四个固定支座2、四个固定销3、两个交错布置的多内腔气动双向弯曲致动器4和软管5，其中：两个多内腔气动双向弯曲致动器4通过固定销3固定设置于固定支座2内，固定支座2固定设置于基座1上，软管5密封固定于多内腔气动双向弯曲致动器4内。
如图1至图4所示，所述的基座1为ABS塑料制成的平台，其中：一侧设置有两个关于纵切截面对称的定位斜面6和两个关于中心对称布置的普通螺纹孔7，用于对两个多内腔气动双向弯曲致动器4末端的固定支座2进行定位安装，以使两个多内腔气动双向弯曲致动器4交错布置。
优选地，所述的定位斜面6的一端斜面与水平面的夹角为30°，另一端斜面与水平面的夹角为150°，两个斜面的夹角为一对互补角。
如图1至图3、图5和图6所示，所述的固定支座2采用ABS塑料制成的整体式结构，其中：一侧设置有中空包围结构8，用于对多内腔气动双向弯曲致动器4进行固定，另一侧设置有两个普通螺纹孔9，用于与基座1进行连接定位。
所述的中空包围结构8包括：位于上部的凹槽10和位于下部的销孔11，其中：凹槽10用于放置多内腔气动双向弯曲致动器4的凸起部分，销孔11用于与固定销3配合以固定多内腔气动双向弯曲致动器4。
用于与销孔11配合以固定多内腔气动双向弯曲致动器4的固定销3采用ABS塑料制成的具有矩形截面的长条状结构实现。
如图1至图3、图7和图8所示，所述的多内腔气动双向弯曲致动器4包括：两个气体致动结构12和致动器基底13，其中：气体致动结构12对称设置于致动器基底13的两侧，通过粘接与致动器基底13形成密封连接。
所述的气体致动结构12包括：若干矩形截面气腔14、若干气腔通道15和管路通道16，其中：矩形截面气腔14沿气体致动结构12长度方向的轴线等间距序列布置，通过膨胀变形使气体致动结构12向致动器基底13方向弯曲；气腔通道15设置于两个矩形截面气腔14之间，用于使各矩形截面气腔14连通；管路通道16内壁与软管5外壁粘接密封，用于使气体致动结构12与软管5内腔连通。
优选地，所述的气体致动结构12由低弹性模量硅胶材料铸造制成，以便在受到外力作用时产生大变形且不形成塑性变形。
优选地，所述的致动器基底13由弹性模量较高的不可拉伸硅胶材料铸造制成，以便在受到外力作用时产生空间内的任意弯曲变形。
所述的软管5采用胶管实现，通过粘接与管路通道16形成密封连接。
本装置用于将机构中的传统运动副进行替换，构成具有顺应能力的柔顺机构。在压缩空气的作用下，交错布置的多内腔气动双向弯曲致动器4可通过弯曲变形和运动协调，实现近似定轴转动的铰链运动；当机构末端的负载突然变化时，可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链可产生面内变形，以顺应末端负载的变化，并可使机构的顺应能力随位姿变化。本装置通过增加气体致动结构12提高了交错轴柔顺铰链的灵活性，可用于具有变刚度特性柔顺机构的设计和制造。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (7)
1.一种可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，其特征在于，包括：带有固定支座的基座和与之相连的两个多内腔气动双向弯曲致动器，其中：两个多内腔气动双向弯曲致动器交叉设置且两端分别与两个基座上的固定支座相连，基座一侧设有两个关于纵切截面对称的定位斜面，固定支座设置于定位斜面上，当多内腔气动双向弯曲致动器经气压或液压驱动时，通过弯曲变形和运动协调以实现铰链近似定轴转动运动的同时顺应末端负载的变化；当末端负载突变时，多内腔气动双向弯曲致动器可产生面内变形以顺应末端负载的变化，并可使柔顺铰链的顺应能力随位姿变化。
2.根据权利要求1所述的可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，其特征是，所述的两个定位斜面的夹角为一对互补角。
3.根据权利要求1所述的可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，其特征是，所述的多内腔气动双向弯曲致动器包括：气体致动结构和致动器基底，其中：气体致动结构对称设置于致动器基底的两侧，通过粘接与致动器基底形成密封连接。
4.根据权利要求3所述的可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，其特征是，所述的气体致动结构由低弹性模量硅胶材料铸造制成，以便在受到外力作用时产生大变形且不形成塑性变形；致动器基底由弹性模量较高的不可拉伸硅胶材料铸造制成，以便在受到外力作用时产生空间内的任意弯曲变形。
5.根据权利要求3或4所述的可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，其特征是，所述的多内腔气动双向弯曲致动器内密封固定有软管，该软管与气体致动结构相连通。
6.根据权利要求5所述的可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，其特征是，所述的气体致动结构包括：矩形截面气腔、气腔通道和管路通道，其中：矩形截面气腔沿气体致动结构长度方向的轴线等间距序列布置，通过膨胀变形使气体致动结构向致动器基底方向弯曲；用于使各矩形截面气腔连通的气腔通道设置于两个矩形截面气腔之间，用于使气体致动结构与软管内腔连通的管路通道内壁与软管外壁粘接密封。
7.根据权利要求1或2所述的可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链，其特征是，所述的定位斜面的一端斜面与水平面的夹角为30°，另一端斜面与水平面的夹角为150°，两个斜面的夹角为一对互补角。
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