CN1693036A - 流体驱动的单自由度柔性弯曲关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，可用作机械手、机器人或残疾人假肢的各类弯曲关节，属于机械手、机器人或残疾人假肢等应用技术领域；本发明柔性关节以流体驱动，以弹性波壳的受力膨胀为动力，关节的弯曲角度与弹性波壳内腔的流体压力有关；采用拉弹簧、弹性条或扭弹簧等弹性元件，靠弹性元件的作用，关节回复伸直；可根据使用要求，更换不同种类或刚性的弹性元件，得到不同的静、动态性能；弹性波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，弯曲灵活；具有占空比小，功率/质量比小，耗能小的特点；同时易建立弯曲变形角度与流体压强的关系，控制模型简单，动态控制精度高。

Description

流体驱动的单自由度柔性弯曲关节

技术领域：

本发明涉及一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，此关节为单自由度弯曲，具有柔性好、动作灵敏的特点，可用作机械手、机器人或残疾人假肢的各类弯曲关节，属于机械手、机器人或残疾人假肢等应用技术领域。

背景技术：

本发明作出以前，在已有技术中，对于弯曲关节来说：一般以各类电机或液气压为动力，采用各种机械结构，或液气压缸和马达，或以它们的组合为执行元件；各方式均是刚性结构，结构复杂，体积较大，制造成本高。还有采用通压缩空气的橡胶壁(一种可轴向变形大的圆形橡胶管)的弯曲关节，由于橡胶壁的轴向、径向都要膨胀，但径向膨胀是浪费能量，且对橡胶壁的弯曲变形无法得到较精确数学模型，因此动态控制效果不好，动作不够灵敏。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述不足之处，本发明柔性关节以流体驱动，以弹性波壳的受力膨胀为动力，关节的弯曲角度与弹性波壳内腔的流体压力有关；采用拉弹簧、弹性条或扭弹簧等弹性元件，靠弹性元件的作用，关节回复伸直；克服弹性元件的作用，关节弯曲并抓取物品，对外作用力随弹性波壳内腔的流体压力增加而增加；可根据使用要求，更换不同种类或刚性的弹性元件，得到不同的静、动态性能。关节波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，弯曲灵活；具有占空比小，功率/质量比小，耗能小的特点；同时易建立关节弯曲角度与流体压强的关系，控制模型简单，动态控制精度高。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

第一种方案是：弹性波壳6靠卡箍5夹紧在头座3a和尾座8a的卡口上，流体通过软管10和接头11进入弹性波壳6的内腔，接头11旋在尾座8a上，中间有密封圈9密封；板铰链7的两端由螺钉4固定在头座3a和尾座8a上，拉弹簧13两端钩在两个钩轴12孔内，两个钩轴12分别与头座3a和尾座8a的孔间隙配合，并用螺母锁紧；指套1旋在头座3a上，调整垫片2的厚度可调节指套1的旋转相位；头座3a和尾座8a的螺纹是相同的，指套1也通过调整垫片2旋在尾座8a。

第二种方案是：不用拉弹簧13，而用弹性条16穿过两个钩轴12，弹性条16两端再被锁片17卡紧的方式，其余结构同第一种方案。

第三种方案是：采用扭弹簧18安装在板铰链7的销轴上，约束板铰链7弯曲的方式；将第一种方案中带孔的头座3a和尾座8a更换成无孔头座3b和无孔尾座8b，不用钩轴12、拉弹簧13、弹性条16、锁片17等零件，其余结构同第一种方案。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明流体驱动的单自由度柔性弯曲关节采用板铰链为柔性骨架，弹性波壳受流体压力作用后膨胀作为肌肉动力，关节的弯曲角度与弹性波壳内腔的流体压力有关；克服弹性元件的作用，关节弯曲并抓取物品，对外作用力随弹性波壳内腔的流体压力增加而增加；靠弹性元件的作用，关节回复伸直；可根据使用要求，更换不同种类和刚性的弹性元件，得到不同的静、动态性能。关节波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，弯曲灵活；具有占空比小(弹性波壳弯曲与伸直时占用的流体空间之比)，功率/质量比小，耗能小的特点；同时易建立弯曲变形角度与流体压强的关系，控制模型简单，动态控制精度高。

附图说明：

图1为本发明柔性弯曲关节方案一的主剖视图

图2为本发明柔性弯曲关节方案一的A-A剖视图

图3为本发明柔性弯曲关节方案一的B处放大图

图4为本发明柔性弯曲关节方案二的主剖视图

图5为本发明柔性弯曲关节方案三的主剖视图

图6为本发明柔性弯曲关节方案三的C-C剖视图

图7为本发明柔性弯曲关节板铰链的主剖视图

图8为本发明柔性弯曲关节板铰链的俯视图

图9为本发明柔性弯曲关节板扭弹簧的主视图

图10为本发明柔性弯曲关节板扭弹簧的左视图

具体实施方式：

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

本发明主要由指套1、调整垫片2、头座3a、无孔头座3b、螺钉4、卡箍5、弹性波壳6、板铰链7、尾座8a、无孔尾座8b、密封圈9、软管10、接头11、钩轴12、拉弹簧13、环形纬丝14、经丝15、弹性条16、锁片17、扭弹簧18等组成。

如附图1、2所示的第一种方案是：弹性波壳6靠卡箍5夹紧在头座3a和尾座8a的卡口上，弹性波壳6、头座3a和尾座8a构成的封闭空腔；流体通过软管10和接头11进入关节空腔，接头11旋在尾座8a上，中间有密封圈9密封；板铰链7的两端由螺钉4固定在头座3a和尾座8a上；拉弹簧13两端钩在两个钩轴12孔内，两个钩轴12分别与头座3a和尾座8a的孔间隙配合，用螺母锁紧，并保证拉弹簧13处于自由状态时，关节是伸直的；指套1旋在头座3a上，调整垫片2的厚度可调节指套1的旋转相位；头座3a和尾座8a的螺纹是相同的，指套1也通过调整垫片2旋在尾座8a，用以装配第二个柔性关节，形成多关节机械手。板铰链7的结构如附图7、8所示。

如附图3所示，弹性波壳6单节纵截面形状是“V”、“U”、“Ω”等，内有或没有加强用的环形纬丝14和缠绕环形纬丝14的、沿轮廓分布的经丝15。

如附图4所示的第二种方案是：不用螺旋弹簧13，用弹性条16穿过两个钩轴13，弹性条16两端再被锁片17卡紧，其余结构同第一种方案。

如附图5、6所示的第三种方案是：采用扭弹簧18安装在板铰链7的销轴上，约束板铰链7弯曲的方式；将第一种方案中带孔的头座3a和尾座8a更换成无孔头座3b和无孔尾座8b，不用钩轴12、拉弹簧13、弹性条16、锁片17等零件，其余结构同第一种方案。扭弹簧18的结构如附图9、10所示。

下面为本发明的工作原理及工作过程：

本发明流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，可组成多关节机械手的手指，每个弯曲关节各有一套管路系统；控制系统根据管路系统的压力变送器传递压力信号，比较预先设定的值，由计算机控制关闭进口阀，保证各关节弯曲角度或维持对外作用力；接通出口阀，靠弹性元件回弹作用，弹性波壳内腔的流体排出，关节伸直，释放抓取物。关节弯曲、回复的快慢速度由管路系统的节流阀控制。

Claims (4)

1.本发明涉及一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，其特征是：弹性波壳(6)靠卡箍(5)夹紧在头座(3a)和尾座(8a)的卡口上，流体通过软管(10)和接头(11)进入弹性波壳(6)的内腔，接头(11)旋在尾座(8a)上，中间有密封圈(9)密封；板铰链(7)的两端由螺钉(4)固定在头座(3a)和尾座(8a)上，拉弹簧(13)两端钩在两个钩轴(12)孔内，两个钩轴(12)分别与头座(3a)和尾座(8a)的孔间隙配合，并用螺母锁紧；指套(1)旋在头座(3a)上，调整垫片(2)的厚度可调节指套(1)的旋转相位；头座(3a)和尾座(8a)的螺纹是相同的，指套(1)也通过调整垫片(2)旋在尾座(8a)。

2.一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，其特征在于：用弹性条(16)替换前述方案的结构中的螺旋弹簧(13)，即用弹性条(16)穿过两个钩轴(12)，弹性条(16)两端再被锁片(17)卡紧，其余结构同前述方案。

3.一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，其特征在于：采用扭弹簧(18)安装在板铰链(7)的销轴上，约束板铰链(7)弯曲；将前述方案中带孔的头座(3a)和尾座(8a)更换成无孔头座(3b)和无孔尾座(8b)，不用钩轴(12)、拉弹簧(13)、弹性条(16)、锁片(17)等零件，其余结构同前述方案。

4.根据权利要求1或2或3所述的流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，其特征在于：弹性波壳(6)的单节纵截面形状是“V”、“U”、“Ω”等波纹管，内有或没有加强用的环形纬丝(14)和缠绕环形纬丝(14)的、沿轮廓分布的经丝(15)。

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