CN112828931A - 一种柔性仿生运动关节 - Google Patents
一种柔性仿生运动关节 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112828931A CN112828931A CN202110014569.3A CN202110014569A CN112828931A CN 112828931 A CN112828931 A CN 112828931A CN 202110014569 A CN202110014569 A CN 202110014569A CN 112828931 A CN112828931 A CN 112828931A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cavity
- main body
- liquid passage
- motion joint
- wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 4
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 4
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J17/00—Joints
- B25J17/02—Wrist joints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/14—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
Abstract
一种柔性仿生运动关节，所述柔性仿生运动关节采用橡胶、硅胶等柔性材料制成，其包括主体、位于主体内部的若干型腔和液体通路，主体与型腔的外壁均嵌入柔性材料，通过型腔和液体通路的设置和布局构成单侧90度一维运动关节、双侧180度二维运动关节、三侧270度三维运动关节和四侧360四维运动关节，其中型腔为多层结构，液体通路贯穿于每一层型腔，通过液体通路向型腔中注入或抽离液体使主体实现仿生运动；本发明提供了一种全新的仿生关节结构和控制原理，通过型腔设计布局的多样性满足不同情况下的使用需求，克服电机传动机构庞杂、运动不灵活，以及气压传动难以控制、力量较小的弊端。
Description
【技术领域】
本发明涉及机器人仿生运动学领域，具体为一种柔性仿生运动关节。
【背景技术】
目前，驱动人造关节运动的方式主要有电机传动与气动，电动传动主要使用无刷电机、伺服电机或者步进电机通过复杂的机械结构传动，使关节达到运动的目的。但是，仿生机器人或者生物关节助力等领域，不具备安置多电机与复杂传动结构的条件，其次依靠电机传动的关节运动不灵活，无法满足仿生机器人或生物关节助力等领域的要求。
气动传动是使用压缩气体充入或者抽离带有型腔的软体物质(一般为橡胶、硅胶等柔性材料)的方式，使软体物质达到运动的目的，但是气体难以进行较为精准的控制，以及气体驱动的执行机构力量较小，无法满足仿生机器人领域的应用。
由此可见，提供一种执行力强且能够实现精准控制的仿生运动关节是本领域亟需解决的问题。
【发明内容】
针对上述问题，本发明柔性仿生运动关节提供了一种全新的仿生关节结构和控制原理，通过型腔设计布局的多样性满足不同情况下的使用需求，克服电机传动机构庞杂、运动不灵活，以及气压传动难以控制、力量较小的弊端，能够使未来仿生机器人、机械抓手、生物关节助力等装置机构简单、运动灵活、控制简便、力量增强。
为解决上述问题，本发明提出一种柔性仿生运动关节，所述柔性仿生运动关节采用橡胶、硅胶等柔性材料制成，其包括主体、位于主体内部的若干型腔和液体通路，主体与型腔的外壁均嵌入柔性材料，通过型腔和液体通路的设置和布局构成单侧90度一维运动关节、双侧180度二维运动关节、三侧270度三维运动关节和四侧360四维运动关节，其中型腔为多层结构，液体通路贯穿于每一层型腔，通过液体通路向型腔中注入或抽离液体使主体实现仿生运动。
进一步的，所述单侧90度一维运动关节包括圆柱形的主体、位于主体内部的左型腔和右型腔、分别连接在左、右型腔上的左液体通路和右液体通路。
进一步的，所述左型腔的外壁突出于主体的外壁，右型腔的外壁与主体的外壁保持一致。
进一步的，所述双侧180度二维运动关节包括圆柱形的主体、位于主体内部的左型腔和右型腔、分别连接在左、右型腔上的左液体通路和右液体通路，其中左右型腔的外壁均突出于主体的外壁。
进一步的，所述三侧270度三维运动关节包括圆柱形的主体，所述主体的内部安装有左型腔、右型腔、前型腔和后型腔，四个型腔上分别连接有左液体通路、右液体通路、前液体通路和后液体通路。
进一步的，所述左型腔、右型腔和前型腔的外壁均突出于主体的外壁，后型腔的外壁与主体的外壁保持一致。
进一步的，所述四侧360四维运动关节包括圆柱形的主体，所述主体的内部安装有左型腔、右型腔、前型腔和后型腔，四个型腔上分别连接有左液体通路、右液体通路、前液体通路和后液体通路，其中左型腔、右型腔、前型腔和后型腔的外壁均突出于主体的外壁。
再者，本发明柔性仿生运动关节提供了一种全新的仿生关节结构和控制原理，通过型腔设计布局的多样性满足不同情况下的使用需求，克服电机传动机构庞杂、运动不灵活，以及气压传动难以控制、力量较小的弊端，能够使未来仿生机器人、机械抓手、生物关节助力等装置机构简单、运动灵活、控制简便、力量增强。
【附图说明】
图1是本发明实施例1中单侧90度一维运动关节的结构示意图。
图2是本发明实施例2中双侧180度二维运动关节的结构示意图。
图3是本发明实施例3中三侧270度三维运动关节的结构示意图。
图4是本发明实施例1中四侧90度四维运动关节的结构示意图。
【具体实施方式】
本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是附图中的方向，只是用来解释和说明本发明，而不是用来限定本发明的保护范围。
本发明柔性仿生运动关节，采用橡胶、硅胶等柔性材料制成，其包括若干型腔和液体通路，通过型腔和液体通路的设置实现单侧90度一维运动关节、双侧180度二维运动关节、三侧270度三维运动关节和四侧360四维运动关节，下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
参见图1，给出了本发明中单侧90度一维运动关节的组成结构，其包括圆柱形的主体1、位于主体1内部的左型腔2和右型腔3、分别连接在左、右型腔上的左液体通路4和右液体通路5；
所述左型腔2和右型腔3均为多层结构，左液体通路4贯穿于每一层左型腔2，右液体通路5贯穿于每一层右型腔3；其中左型腔2的外壁突出于主体1的外壁，右型腔3的外壁与主体1的外壁保持一致，所述主体1的外壁和左、右两个型腔的外壁中均嵌入柔性材料6，所述柔性材料为尼龙、合成纤维、聚酯纤维中的一种或多种混合，用以增强外壁抗拉强度。
当液体通过右液体通路5抽离右型腔3时，通过左液体通路4向左型腔2注入液体，使柔性仿生运动关节向右偏转，最大可偏转90度，需要使柔性仿生运动关节复原时，向右型腔3注入液体，同时将左型腔2内的液体抽离即可。
实施例2
参见图2，给出了本发明中双侧180度二维运动关节的组成结构，其包括圆柱形的主体1、位于主体1内部的左型腔2和右型腔3、分别连接在左、右型腔上的左液体通路4和右液体通路5；其中左右型腔的外壁均突出于主体1的外壁，所述主体1的外壁和左、右两个型腔的外壁中均嵌入柔性材料6，所述柔性材料为尼龙、合成纤维、聚酯纤维中的一种或多种混合，用以增强外壁抗拉强度。
当液体通过右液体通路5抽离右型腔3内液体的同时，通过左液体通路4向左型腔2内注入液体，则该关节向右偏转，当右型腔3内液体抽取干净，右型腔3完全闭合，关节实现向右偏转90度，要使关节回复原位，则向右型腔3注入液体，左型2抽离液体。
当液体通过左液体通路4抽离左型腔2内液体的同时，通过右液体通路5向右型腔3内注入液体，则该关节向右偏转，当左型腔内液体抽取干净，左型腔完全闭合，关节实现向左偏转90度，要使关节回复原位，则向左型腔注入液体，右型腔抽离液体。
实施例3
参见图3，给出了本发明中三侧270度三维运动关节的组成结构，
其包括圆柱形的主体1，所述主体1的内部安装有左型腔2、右型腔3、前型腔7和后型腔8，所述四个型腔上分别连接有左液体通路4、右液体通路5、前液体通路9和后液体通路10，其中左型腔2、右型腔3和前型腔7的外壁均突出于主体1的外壁，后型腔8的外壁与主体1的外壁保持一致，主体和四个型腔的外壁均均嵌入柔性材料6，所述柔性材料为尼龙、合成纤维、聚酯纤维中的一种或多种混合，用以增强外壁抗拉强度。
当液体通过右液体通路5抽离右型腔3内液体的同时，通过左液体通路4向左型腔2内注入液体，则该关节向右偏转，当右型腔3内液体抽取干净，右型腔3完全闭合，关节实现向右偏转90度，要使关节回复原位，则向右型腔3注入液体，左型2抽离液体。
当液体通过左液体通路4抽离左型腔2内液体的同时，通过右液体通路5向右型腔3内注入液体，则该关节向右偏转，当左型腔内液体抽取干净，左型腔完全闭合，关节实现向左偏转90度，要使关节回复原位，则向左型腔注入液体，右型腔抽离液体。
在左型腔2和右型腔3注入液体或抽离液体的同时，通过前液体通路9和后液体通路10向前型腔7或后型腔8注入或抽离液体，以此实现关节270度运动范围。
实施例4
参见图4，给出了本发明中四侧360度四维运动关节的组成结构，其包括圆柱形的主体1，所述主体1的内部安装有左型腔2、右型腔3、前型腔7和后型腔8，所述四个型腔上分别连接有左液体通路4、右液体通路5、前液体通路9和后液体通路10，其中左型腔2、右型腔3、前型腔7和后型腔8的外壁均突出于主体1的外壁，主体和四个型腔的外壁均均嵌入柔性材料6，所述柔性材料为尼龙、合成纤维、聚酯纤维中的一种或多种混合，用以增强外壁抗拉强度。
四侧360度四维运动关节的运动原理与实施例3中三侧270度三维运动关节的工作原理相似，区别在于，所述后型腔8的外壁突出于主体1的外壁，前型腔和后型腔可以使关节的运动范围达到180度，结合左右型腔实现360度的运动范围。
本发明柔性仿生运动关节提供了一种全新的仿生关节结构和控制原理，通过型腔设计布局的多样性满足不同情况下的使用需求，克服电机传动机构庞杂、运动不灵活，以及气压传动难以控制、力量较小的弊端，能够使未来仿生机器人、机械抓手、生物关节助力等装置机构简单、运动灵活、控制简便、力量增强。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种柔性仿生运动关节，其特征在于，所述柔性仿生运动关节采用橡胶、硅胶等柔性材料制成，其包括主体、位于主体内部的若干型腔和液体通路，主体与型腔的外壁均嵌入柔性材料(6)，通过型腔和液体通路的设置和布局构成单侧90度一维运动关节、双侧180度二维运动关节、三侧270度三维运动关节和四侧360四维运动关节，其中型腔为多层结构，液体通路贯穿于每一层型腔，通过液体通路向型腔中注入或抽离液体使主体实现仿生运动。
2.根据权利要求1所述的一种柔性仿生运动关节，其特征在于，所述单侧90度一维运动关节包括圆柱形的主体(1)、位于主体(1)内部的左型腔(2)和右型腔(3)、分别连接在左、右型腔上的左液体通路(4)和右液体通路(5)。
3.根据权利要求2所述的一种柔性仿生运动关节，其特征在于，所述左型腔(2)的外壁突出于主体(1)的外壁，右型腔(3)的外壁与主体(1)的外壁保持一致。
4.根据权利要求1所述的一种柔性仿生运动关节，其特征在于，所述双侧180度二维运动关节包括圆柱形的主体(1)、位于主体(1)内部的左型腔(2)和右型腔(3)、分别连接在左、右型腔上的左液体通路(4)和右液体通路(5)，其中左右型腔的外壁均突出于主体(1)的外壁。
5.根据权利要求1所述的一种柔性仿生运动关节，其特征在于，所述三侧270度三维运动关节包括圆柱形的主体(1)，所述主体(1)的内部安装有左型腔(2)、右型腔(3)、前型腔(7)和后型腔(8)，四个型腔上分别连接有左液体通路(4)、右液体通路(5)、前液体通路(9)和后液体通路(10)。
6.根据权利要求5所述的一种柔性仿生运动关节，其特征在于，所述左型腔(2)、右型腔(3)和前型腔(7)的外壁均突出于主体(1)的外壁，后型腔(8)的外壁与主体(1)的外壁保持一致。
7.根据权利要求1所述的一种柔性仿生运动关节，其特征在于，所述四侧360四维运动关节包括圆柱形的主体(1)，所述主体(1)的内部安装有左型腔(2)、右型腔(3)、前型腔(7)和后型腔(8)，四个型腔上分别连接有左液体通路(4)、右液体通路(5)、前液体通路(9)和后液体通路(10)，其中左型腔(2)、右型腔(3)、前型腔(7)和后型腔(8)的外壁均突出于主体(1)的外壁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110014569.3A CN112828931A (zh) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 一种柔性仿生运动关节 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110014569.3A CN112828931A (zh) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 一种柔性仿生运动关节 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112828931A true CN112828931A (zh) | 2021-05-25 |
Family
ID=75926332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110014569.3A Pending CN112828931A (zh) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 一种柔性仿生运动关节 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112828931A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104015197A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-03 | 山东省科学院自动化研究所 | 波纹型双内腔气驱动柔性微型手指、控制方法及抓取系统 |
| CN104858889A (zh) * | 2014-07-12 | 2015-08-26 | 都瑛娜 | 一种液压(气动)控制的,可做弯曲、扭曲、伸长运动的,可用于数控软体机器人的关节机构 |
| US20160252110A1 (en) * | 2013-10-29 | 2016-09-01 | President And Fellows Of Harvard College | Multi-Segment Reinforced Actuators and Applications |
| CN108724166A (zh) * | 2017-04-19 | 2018-11-02 | 新加坡国立大学 | 可变刚度致动器 |
| CN109129456A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-04 | 江西理工大学 | 一种基于折纸结构的气动双向弯曲软体驱动器 |
| CN110142796A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-20 | 上海大学 | 一种可双向弯曲的软体手指及其制备方法 |
| CN110193825A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-09-03 | 华中科技大学 | 一种基于光纤弯曲传感器的软体致动器 |
| CN110281257A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-09-27 | 浙江理工大学 | 可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指及其工作方法 |
| CN110497395A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-26 | 南京理工大学 | 一种双向运动气动柔性驱动器及其工作方法 |
-
2021
- 2021-01-06 CN CN202110014569.3A patent/CN112828931A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160252110A1 (en) * | 2013-10-29 | 2016-09-01 | President And Fellows Of Harvard College | Multi-Segment Reinforced Actuators and Applications |
| CN104015197A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-03 | 山东省科学院自动化研究所 | 波纹型双内腔气驱动柔性微型手指、控制方法及抓取系统 |
| CN104858889A (zh) * | 2014-07-12 | 2015-08-26 | 都瑛娜 | 一种液压(气动)控制的,可做弯曲、扭曲、伸长运动的,可用于数控软体机器人的关节机构 |
| CN108724166A (zh) * | 2017-04-19 | 2018-11-02 | 新加坡国立大学 | 可变刚度致动器 |
| CN109129456A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-04 | 江西理工大学 | 一种基于折纸结构的气动双向弯曲软体驱动器 |
| CN110193825A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-09-03 | 华中科技大学 | 一种基于光纤弯曲传感器的软体致动器 |
| CN110142796A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-20 | 上海大学 | 一种可双向弯曲的软体手指及其制备方法 |
| CN110281257A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-09-27 | 浙江理工大学 | 可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指及其工作方法 |
| CN110497395A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-26 | 南京理工大学 | 一种双向运动气动柔性驱动器及其工作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110465932B (zh) | 一种气动软体蠕动式机器人结构 | |
| CN114274163B (zh) | 基于折纸结构的全向多自由度模块化软体机器人 | |
| CN102922528B (zh) | 一种软体机器人 | |
| CN109732581B (zh) | 一种基于两侧拉线的软体机器人 | |
| CN111906811A (zh) | 一种全柔性气动式执行器 | |
| CN110525531B (zh) | 一种摩擦式移动软机器人及其驱动方法 | |
| JP2010533101A5 (zh) | ||
| CN109533238B (zh) | 一种水下探测球形变形机器人 | |
| CN111452066A (zh) | 一种全柔性仿生气动式机械手 | |
| CN111571623A (zh) | 一种可变刚度气动软体抓手 | |
| CN100340452C (zh) | 一种仿生机器鱼胸鳍结构 | |
| CN105082112A (zh) | 具有三移两转的完全各向同性并联机器人机构 | |
| CN114619424B (zh) | 微型爬行机器人的传动机构及微型爬行机器人 | |
| CN113911223A (zh) | 软体机器人及软体机器人的控制方法 | |
| CN111891323A (zh) | 一种两关节压力驱动柔性仿生机器鱼 | |
| CN112828931A (zh) | 一种柔性仿生运动关节 | |
| CN212825375U (zh) | 机器人及其腰部装置 | |
| CN113173236B (zh) | 一种多自由度龟型水翼推进装置及控制方法 | |
| Xia et al. | Research on flexible collapsible fluid-driven bionic robotic fish | |
| CN112720510A (zh) | 可负载气动爬行柔性机器人 | |
| CN109732580B (zh) | 一种基于后方拉线的软体机器人摄像头携带装置和方法 | |
| CN109159109B (zh) | 一种单气源驱动的可重构软体机器人模块及机器人 | |
| CN104511898A (zh) | 两级液电混合式运动平台 | |
| CN115122314A (zh) | 一种多变形模式软体驱动器 | |
| Meng et al. | A novel soft manipulator based on beehive structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210525 |