CN111283672A - 环形截面气动柔性轴向驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形截面气动柔性轴向驱动器，是一种可控伸长量的轴向驱动器，主要应用于机器人关节、仿生机械装置和机械装备执行器上；为解决目前气缸、液压缸、直线电机等轴向驱动器体积大，柔性不足等问题；本驱动器具有轴向输出位置可连续调节，输出驱动力可控，具有柔性运动和缓冲功能；结构特征在于上、下端盖之间设有弹性环形气囊和导向轴；弹性环形气囊由外动环、内滑环、内弹性管状元件、外弹性管状元件等构成；当环形截面气动柔性轴向驱动器通入压力流体后，弹性环形气囊径向变形受到外动环、内滑环限制，只产生轴向形变一个自由度，推动上端盖沿导向轴轴线方向移动，输出的位移和驱动力大小取决于通入的压力及环形截面面积。

Description

环形截面气动柔性轴向驱动器

技术领域

本发明涉及一种机器人驱动机构，是一种可控伸长量的气动轴向驱动器。

背景技术

在机器人应用领域，各种轴向驱动器有广泛的应用；目前常用的轴向驱动器有气压缸、液压缸、直线电机、电动缸等；气压缸、液压缸轴向位置和伸长量不可连续调整，体积较大，使用不灵活，柔性差；直线电机和电动缸虽然轴向位置可控，精度高，但其本身结构复杂，体积较大，使用不灵活，难以实现小型化；为满足柔性搬运、机械装备和仿生机械等领域的柔性驱动要求，亟待研制具有高度柔性的驱动器；本发明环形截面气动柔性轴向驱动器，轴向伸长量可连续调整，驱动力可以调节；因此本发明可以对关节运动进行位姿控制，能克服目前轴向驱动器体积大、柔性差、位置不可控等缺陷；本发明既可作为机器人机构中的关节驱动器，又可用于医疗机械、生产用工装夹具运动驱动装置和机械装备的运动执行器；本发明将在工业、农业、服务业等行业起到重要作用，更加灵活地完成相应工作，气动柔性轴向驱动器能够适应复杂的工作任务。

发明内容

本发明在于能够克服目前机器人运动关节的柔性驱动技术不足，提供一种气动柔性轴向驱动器，可针对不同工作要求调整行程和驱动力。

一种环形截面气动柔性轴向驱动器其特征在于，上、下端盖之间设有弹性环形气囊，环形气囊中心轴线处设有导向轴；弹性环形气囊通入气体后，可沿导向轴轴向伸长；伸长量和驱动力取决于环形气囊通入的气体的压力；环形截面气动柔性轴向驱动器下端盖底部设有螺纹孔，可以连接标准气动接头，是轴向驱动器压力气体流入口；下端盖与导向轴、弹性环形气囊一端固接成一体，弹性环形气囊的压力气体是通过下端盖凸台中对称分布的通气孔提供的；上端盖外径尺寸小于外动环内径尺寸，上端盖顶部设有螺纹孔，用螺栓固定限位垫片；限位垫片的形状与外动环形状相同，用于防止外动环在轴线方向的脱落；上、下端盖通过捆绑或胶粘等工艺与弹性环形气囊连接；环形气囊由外动环、外弹性管状元件、内弹性管状元件及内滑环构成；外弹性管状元件、内弹性管状元件与上、下端盖同轴固接；内、外弹性管状元件有效形变长度相同，材质相同；外弹性管状元件内径大于内弹性管状元件外径，保证内、外弹性管状元件和上、下端盖之间形成密封腔体；腔体体积决定于内弹性管状元件外径和外弹性管状元件内径之差及轴向驱动器的工作行程；上、下端盖之间和外弹性管状元件外侧同轴紧密排列外动环，外动环个数取决于轴向驱动器的长度；外动环为片状结构，内侧为圆环面，圆环面内径与外弹性管状元件外径相同，用于限制弹性环形气囊径向变形，使环形截面气动柔性轴向驱动器只有一个轴向伸长自由度；外动环的外形为圆环面、圆柱面、正多边形等片状几何形状；内弹性管状元件的内孔处同轴密排圆环状的内滑环，内滑环个数取决于轴向驱动器的长度，内滑环外径与内弹性管状元件内径相同；内滑环用于阻止内弹性管状元件向内膨胀；内滑环截面为圆形，与内滑环内孔中心轴线同轴装有导向轴，导向轴与内滑环是间隙配合关系，便于内滑环沿导向轴移动时轻便灵活；导向轴长度大于弹性环形气囊长度和上端盖高度之和，导向轴下端固定于下端盖中心位置，可采用焊接、螺纹连接、胶粘等工艺，导向轴上端穿过上端盖的中心孔，伸出的长度可根据工作任务进行调节；当弹性环形气囊输入压力气体时，导向轴在驱动器形变伸长过程中起导向作用，使环形截面气动柔性轴向驱动器产生轴向伸长一个自由度，伸长量和驱动力大小由流入的气体压力大小决定；本发明的优点是体积小，轴向伸长量可连续调整，驱动力可调；驱动器工作过程中受到冲击后有缓冲功能；驱动装置与工作部件集成为一体，具有柔性仿生功能，控制方便；具有很好的应用价值和市场前景。

附图说明

图1为气动柔性轴向驱动器总体结构示意图

图2为气动柔性轴向驱动器总体爆炸示意图

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步地详细描述：

本发明是由气动接头1、下端盖2、导向轴3、内滑环4、内弹性管状元件5、外弹性管状元件6、外动环7、上端盖8、限位垫片9、螺栓10组成的；上端盖8和下端盖2分别位于轴向驱动器两端，气动接头1连接于下端盖的中心孔处；气动柔性轴向驱动器中心轴线与导向轴3中心轴线重合，导向轴3上装有同轴轴向密排的内滑环4，紧密排列后成柱状结构；将在导向轴3上密排好的内滑环4构成的组件穿入内弹性管状元件5的内孔中，使内弹性管状元件5的中心轴线与导向轴3的中心轴线重合；将组装好的内弹性管状元件，装入外弹性管状元件6内孔中，并使两者中心轴线重合；外弹性管状元件6内径大于内弹性管状元件4外径，内弹性管状元件4嵌入外弹性管状元件6后，两壁之间能形成空腔；导向轴3穿过上端盖8中心孔，并与内弹性管状元件5和外弹性管状元件6固接，固接的方式可用扣压、捆绑、胶粘等方法；导向轴3与下端盖2固定连接，导向轴3与下端盖2不可相对运动，下端盖2与外弹性管状元件6固接，固接的方式可用捆绑、胶粘、扣压等方法；下端盖2、上端盖8、内弹性管状元件5、外弹性管状元件6固接后形成密封腔体；将外动环7同轴密排嵌套在外弹性管状元件6外径上；装配个数由气动柔性轴向驱动器长度决定；外动环7的外形为圆环面、圆柱面、正多边形等片状几何形状；将限位垫片9用螺栓10安装在上端盖8顶端，用于限制外动环7轴向移动时的行程位置。

Claims (6)

1.环形截面气动柔性轴向驱动器，其特征在于上端盖和下端盖之间设有双层紧密排列串联的内滑环、外动环和相互嵌套的弹性管状元件，两端盖之间还设有导向轴；导向轴中心轴线与上、下端盖中心连线重合，且双层紧密排列串联的内滑环、外动环形成的柱状体中心轴线与导向轴中心轴线重合；导向轴一端与下端盖固接，另一端穿过上端盖，起到导向的作用；上、下端盖与内外弹性管状元件固接形成横截面是圆环状的密闭腔体；下端盖设有流体流入口。

2.按照权利要求1所述环形截面气动柔性轴向驱动器其特征在于，所述内滑环为圆环状，也可以是圆柱管状结构。

3.按照权利要求1所述环形截面气动柔性轴向驱动器其特征在于，所述外动环为片状结构；外动环形状内侧为圆环面，外动环外侧形状具有多样性，如圆环面、圆柱面、正多边形等片状几何形状，可根据外部环境和配件外形设定外动环形状。

4.按照权利要求1所述环形截面气动柔性轴向驱动器其特征在于，所述导向轴应是刚性轴或刚性可伸缩轴套。

5.按照权利要求1所述环形截面气动柔性轴向驱动器其特征在于，所述内、外弹性管状元件可采用大形变弹性材料制作。

6.按照权利要求1所述环形截面气动柔性轴向驱动器其特征在于，所述气体也可采用水、油等压力流体。

Images