CN201669705U - 多体柔性驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种机器人肢体用的元件，多体柔性驱动器，其特征在于，在上端盖和下端盖之间，设有多联柱状螺旋弹簧，在弹簧形成的空腔内设有胶囊，构成多体并联管状物，在下端盖设有流体入口，以充入流体，在流体入口处设有节流环；本实用新型优点在于，胶囊内充入等压流体时可轴向膨胀、伸长，泄压时可自动收缩、回弹，当胶囊内充入非等压流体时，可实现主动弯曲，其柔性好，功能强，动作平稳，使用灵活，结构紧凑、简单，制作容易，价格低廉，安装方便，本新用新型具有很高的推广应用价值和良好的市场前景。

Description

多体柔性驱动器

技术领域

本实用新型涉及一种机器人肢体用的多体柔性驱动器。

背景技术

目前，柔性驱动器作为仿生关节和机械手的驱动元件，广泛应用于机器人领域、医疗领域、军事领域和工业领域。柔性驱动器有流体驱动和电磁驱动两种类型。流体驱动的柔性驱动器，功率重量比大，控制方便、灵活，柔性和缓冲性能好，一直是研究的热点，中国专利ZL200810116379.7公开一种径向膨胀型柔性驱动器，中国专利ZL97110134.5公开一种轴向伸长型柔性驱动器。径向膨胀型柔性驱动器，体积大，在小关节上应用受到限制，已有的轴向伸长型柔性驱动器，采用高分子弹性材料夹有高强度纤维制成，成管状结构，这种复合结构内腔充气时，纤维构成的螺旋结构会绕其轴线发生扭转，会造成机器人执行端，如手、脚动作错位，影响其操作准确度，为降低其影响，可加大包覆层的刚度，然而，橡胶刚度大于螺旋结构刚度时，形成内力过大，影响柔性驱动器的使用寿命；若管壁采用复合结构，制造困难，工艺要求高，价格较贵，其应用也受到了限制。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新型多体柔性驱动器。

一种多体柔性驱动器，其特征在于，在上端盖和下端盖之间，设有多联柱状螺旋弹簧，在弹簧形成的空腔内设有胶囊，构成多体并联管状物，在下端盖设有流体入口，以充入流体，在流体入口处设有节流环，使之具有自缓冲、自阻尼功能，保证多体柔性驱动器动作平稳、柔缓。所述多联柱状螺旋弹簧，设有一根弹簧丝，弹簧沿轴向呈多层分布，立体形状如多个柱体连接而成，每个柱体轴线独立，截面形状似多个环连成一体；其中双联柱状螺旋弹簧，每层甲段成弧形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段；乙段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进丙段；丙段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进丁段；丁段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进入双联柱状螺旋弹簧的另一层；其中三联柱状螺旋弹簧，立体形状似由三个柱体相连，横截面似三个连成一体的环，每层A段成弧形，弹簧丝逆时针沿螺旋线方向上弯，进B段，B段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进C段，C段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进D段，D段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进E段，E段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进F段，F段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进入三联柱状螺旋弹簧的另一层；其中四联柱状螺旋弹簧，立体形状如四个柱体相连，横截面如四个环连成一体，每层G段成弧形，弹簧丝逆时针沿螺旋线方向上弯，进H段，H段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，再直线上升进K段，K段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，再直线上升进L段，L段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进M段，M段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进入四联柱状螺旋弹簧的另一层；依此类推，也可以卷绕构成五联、六联或更多联的螺旋弹簧。

本实用新型优点在于，胶囊内充入等压流体时可轴向膨胀、伸长，泄压时可自动收缩、回弹；当胶囊内充入非等压流体时，可实现主动弯曲。其柔性好，功能强，动作平稳，使用灵活，结构紧凑、简单，制作容易，价格低廉，安装方便，本实用新型具有很好的推广应用价值和良好的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型中双体柔性驱动器结构示意图。

图2为双联柱状螺旋弹簧构成示意图。

图3为双联柱状螺旋弹簧状态示意图。

图4为本实用新型中三体柔性驱动器B-B剖面结构示意图。

图5为本实用新型中三体柔性驱动器A-A剖面结构示意图。

图6为三联柱状螺旋弹簧构成示意图。

图7为本实用新型中四体柔性驱动器D-D剖面结构示意图。

图8为本实用新型中四体柔性驱动器C-C剖面结构示意图。

图9为四联柱状螺旋弹簧构成示意图。

图10为四联柱状螺旋弹簧状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本实用新型作出进一步地详细描述。

实施例一

如图1所示，本实用新型外层为双联双向柱状螺旋弹簧3，构成的柔性驱动器。

本实用新型外层为双联双向柱状螺旋弹簧3，每个弹簧内层为胶囊2，由上端盖1和下端盖4分别将其连成一体，在下端盖4的流体入口5处设有节流孔板功能的节流环6；其外层弹簧3与内层胶囊2同轴紧密套装在一起，上端盖1、下端盖4与内层胶囊2可压注或机械加工成一体。

外层弹簧3，由一根弹簧丝绕成，旋向相反，形成并联柱状，横截面为“8”字形，弹簧3束缚胶囊2径向膨胀，不限制轴向伸长，卸压后辅助回弹，改变弹簧3参数，可以改变柔性驱动器的力学特性。所述弹簧丝，可以用钢、青铜、不锈钢等金属材料或者塑料、纤维、碳素等非金属材料。

所述胶囊2，可用弹性良好，形变量大，耐疲劳的橡胶制成，如天然橡胶、丁苯橡胶、有机硅橡胶等。上端盖1、下端盖4可用钢、铜、铝等金属材料或ABS塑料、氟塑料、尼龙等工程塑料制成，带螺纹通孔的下端盖4，安装通入压力流体的密封接头，通过其外侧卡槽可以与相应关节相连，上端盖1顶部设有内螺纹孔，以螺钉方式与相应关节相连。

使用时，通过下端盖4连接的管接头向柔性驱动器注入流体，充入等压流体时，胶囊2膨胀、变形相同，由于有外层弹簧3径向束缚，胶囊2沿轴向伸长，输出一定推力，卸压时柔性驱动器缩短；当双体充入非等压流体时，胶囊2轴向伸长量不相同，并可实现双向主动弯曲，属于二自由度柔性驱动器。

实施例二

如图3所示，本实用新型外层为三联柱状螺旋弹簧，构成的三体柔性驱动器。

外层三联柱状螺旋弹簧103，由一根弹簧丝绕成，可以是旋向相同，或者是一左旋两右旋，也可以是两左旋一右旋，形成一体的三个并联柱状结构，横截面为“品”字形中心对称，卷绕的弹簧103的作用与实施例一中的双联双向弹簧相同，胶囊102与上端盖101、下端盖104、节流环106的作用与实施例一中的作用相同。

使用时，通过下端盖104连接的管接头向柔性驱动器注入流体，充入等压流体时，效果与实例一相同；当充入非等压流体时，胶囊102轴向伸长量不相同，实现任意方向弯曲，属于三自由度柔性驱动器。

实施例三

如图6所示，本实用新型外层为四联柱状螺旋弹簧，构成的四体柔性驱动器。

外层四联柱状螺旋弹簧203，由一根弹簧丝绕成，可以是旋向相同，也可以是两左旋两右旋，形成一体的四个并联柱状结构，横截面为“田”字形中心对称，弹簧203的作用与实施例一中的双联双向弹簧相同，胶囊202与上端盖201、下端盖204的作用与实施例一中的作用相同。

使用时，通过下端盖204连接的管接头向柔性驱动器注入流体，充入等压流体时，效果与实施例一相同；当充入非等压流体时，胶囊202轴向伸长量不相同，实现多向弯曲，属于三自由度柔性驱动器。

依此类推，本实用新型外层可为五联、六联或更多联的柱状螺旋弹簧构成的多体柔性驱动器。

所述多联柱状螺旋弹簧，设有一根弹簧丝，弹簧沿轴向呈多层分布，立体形状如多个柱体连接而成，每个柱体轴线独立，截面形状似多个环连成一体，其中双联柱状螺旋弹簧，每层甲段11成弧形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段12；乙段12的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进丙段13；丙段13的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进丁段14；丁段14的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进入双联柱状螺旋弹簧的另一层；其中三联柱状螺旋弹簧，立体形状是由三个柱体相连，横截面似三个连成一体的环，每层A段31成弧形，弹簧丝逆时针沿螺旋线方向上弯，进B段32，B段32的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进C段36，C段36的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进D段35，D段35的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进E段33，E段33的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进F段34，F段34的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进入三联柱状螺旋弹簧的另一层；其中四联柱状螺旋弹簧，立体形状如四个柱体相连，横截面如四个环连成一体，每层G段41成弧形，弹簧丝逆时针沿螺旋线方向上弯，进H段43，H段43的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，再直线上升进K段42，K段42的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，再直线上升进L段44，L段44的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进M段45，M段45的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进入四联柱状螺旋弹簧的另一层；依此类推，也可以卷绕构成五联、六联或更多联的柱状螺旋弹簧。

Claims (2)

1.一种多体柔性驱动器，其特征在于，在上端盖和下端盖之间，设有多联柱状螺旋弹簧，在弹簧形成的空腔内设有胶囊，构成多体并联管状物，在下端盖设有流体入口，以充入流体，在流体入口处设有节流环。

2.按照权利要求1所述多体柔性驱动器，其特征在于，所述多联柱状螺旋弹簧，设有一根弹簧丝，弹簧沿轴向呈多层分布，立体形状如多个柱体连接而成，每个柱体轴线独立，截面形状似多个环连成一体；其中双联柱状螺旋弹簧，每层甲段11成弧形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段12；乙段12的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进丙段13；丙段13的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进丁段14；丁段14的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进入双联柱状螺旋弹簧的另一层；其中三联柱状螺旋弹簧，立体形状似由三个柱体相连，横截面似三个连成一体的环，每层A段31成弧形，弹簧丝逆时针沿螺旋线方向上弯，进B段32，B段32的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进C段36，C段36的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进D段35，D段35的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进E段33，E段33的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针上弯，进F段34，F段34的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进入三联柱状螺旋弹簧的另一层；其中四联柱状螺旋弹簧，立体形状如四个柱体相连，横截面如四个环连成一体，每层G段41成弧形，弹簧丝逆时针沿螺旋线方向上弯，进H段43，H段43的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，再直线上升进K段42，K段42的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，再直线上升进L段44，L段44的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进M段45，M段45的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形逆时针上弯，进入四联柱状螺旋弹簧的另一层；依此类推，也可以卷绕构成五联、六联或更多联的柱状螺旋弹簧。

Images