專利名稱：一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，此柔性關(guān)節(jié)可用作機(jī)器人、機(jī)械手和殘疾人假肢的各類關(guān)節(jié)，尤其是如人體的臂關(guān)節(jié)一樣的需多方向彎曲的機(jī)械人關(guān)節(jié)，屬于機(jī)器人、機(jī)械手和殘疾人假肢等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本實(shí)用新型作出以前，在已有技術(shù)中，對于彎曲關(guān)節(jié)來說一般以各類電機(jī)或液氣壓為動(dòng)力，采用各種機(jī)械結(jié)構(gòu)，或液氣壓缸和馬達(dá)，或以它們的組合為執(zhí)行元件。上述方式是剛性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，制造成本高。亦有采用通壓縮空氣的橡膠壁(一種可軸向變形大的圓形橡膠管)的彎曲關(guān)節(jié)，由于橡膠壁的軸向、徑向都要膨脹，但徑向膨脹是浪費(fèi)能量，且對橡膠壁的彎曲變形無法得到較精確數(shù)學(xué)模型，動(dòng)態(tài)控制效果不好，不夠靈敏；更關(guān)鍵的是現(xiàn)有技術(shù)的柔性關(guān)節(jié)，只能一個(gè)方向彎曲，不能實(shí)現(xiàn)多方向彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足之處，本實(shí)用新型彎曲關(guān)節(jié)采用板彈簧或圓桿彈簧為柔性骨架，波殼受流體壓力后軸向膨脹作為肌肉動(dòng)力，如人體的臂關(guān)節(jié)一樣可實(shí)現(xiàn)多方向彎曲?？堪鍙椈苫驁A桿彈簧的回彈作用，彎曲變形的關(guān)節(jié)回復(fù)原狀。波殼的變形對流體壓力的變化敏感，要求流體流量小，關(guān)節(jié)彎曲動(dòng)作靈活，耗能小，同時(shí)動(dòng)態(tài)控制精度高。
本實(shí)用新型的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的波殼3(單節(jié)波殼的縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等形狀的橡膠波紋管)靠卡箍2夾緊在頭座1和尾座4的卡口上，波殼3、頭座1和尾座4構(gòu)成的封閉空腔；流體通過軟管7和直角接頭6進(jìn)入關(guān)節(jié)空腔，直角接頭6與尾座4間有密封圈5密封；由上述零件構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件。板彈簧9的兩端由內(nèi)六角螺栓8定位夾緊在兩個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的頭座1和尾座4的導(dǎo)向方槽17內(nèi)，這樣由兩個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件和一個(gè)板彈簧9形構(gòu)成了雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)?；蚨鄠€(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件分別由內(nèi)六角螺栓8經(jīng)過導(dǎo)向塊10定位后，固定在兩端的正多邊形底座16，正多邊形底座16的邊數(shù)等于流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的個(gè)數(shù)；圓桿彈簧13的兩端由開口銷14連接半圓導(dǎo)套11，半圓導(dǎo)套11小間隙地塞在帶有細(xì)牙螺紋的旋蓋12內(nèi)；旋轉(zhuǎn)旋蓋12調(diào)節(jié)圓桿彈簧13的位置；更換不同直徑的半圓導(dǎo)套11和圓桿彈簧13，以改變圓桿彈簧13的剛性，使關(guān)節(jié)具有不同的動(dòng)態(tài)特性。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)采用板彈簧或圓桿彈簧為柔性骨架，波殼受流體壓力作用后膨脹作為肌肉動(dòng)力。關(guān)節(jié)彎曲角度與關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力有關(guān)；工作時(shí)，抓握力隨各關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力增大而增大；受沖擊時(shí)，較好的緩沖作用，且關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)對扭矩亦有緩沖作用。靠板彈簧或圓桿彈簧的作用，關(guān)節(jié)彎曲后回復(fù)原狀。本實(shí)用新型關(guān)節(jié)要求流體流量小，波殼的變形對流體壓力的變化敏感，小的壓力變化就產(chǎn)生明顯彎曲變化；具有占空比(波殼彎曲與伸直時(shí)占用的流體空間之比)小，功率/質(zhì)量比小，耗能小的特點(diǎn)。且彎曲變形量與流體壓強(qiáng)的關(guān)系，易建立數(shù)學(xué)模型，動(dòng)態(tài)控制精度高，關(guān)節(jié)彎曲靈活。


圖1為本實(shí)用新型的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)的A-A主剖視圖圖2為本實(shí)用新型的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)的B-B剖視圖圖3為本實(shí)用新型的雙向彎曲關(guān)節(jié)的主視圖圖4為本實(shí)用新型的雙向彎曲關(guān)節(jié)頭的C-C剖視圖圖5為本實(shí)用新型的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的D-D剖視圖圖6為本實(shí)用新型的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的主視圖圖7為本實(shí)用新型的半圓導(dǎo)套的主視圖圖8為本實(shí)用新型的半圓導(dǎo)套的E-E剖視圖圖9為本實(shí)用新型的圓桿彈簧的俯視圖具體實(shí)施方式
下面本實(shí)用新型將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步描述本實(shí)用新型主要由頭座1、卡箍2、波殼3、尾座4、密封圈5、直角接頭6、軟管7、內(nèi)六角螺栓8、板彈簧9、導(dǎo)向塊10、半圓導(dǎo)套11、旋蓋12、圓桿彈簧13、開口銷14、圓蓋15、正多邊形底座16、導(dǎo)向方槽17等組成。本實(shí)用新型的波殼3的單節(jié)縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等橡膠波紋管。
如附圖5、6所示的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件波殼3靠卡箍2夾緊在頭座1和尾座4的卡口上，波殼3、頭座1和尾座4構(gòu)成的封閉空腔；流體通過軟管7和直角接頭6進(jìn)入關(guān)節(jié)空腔，直角接頭6與尾座4間有密封圈5密封。
如附圖3、4所示的雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)板彈簧9的兩端由內(nèi)六角螺栓8定位夾緊在兩個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件頭座1和尾座4上相同的導(dǎo)向方槽17內(nèi)。
如附圖1、2所示的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)多個(gè)氣動(dòng)肌肉組件分別由內(nèi)六角螺栓8經(jīng)過導(dǎo)向塊10定位后，固定在正多邊形底座16，正多邊形底座16的邊數(shù)等于流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的個(gè)數(shù)，正多邊形底座16的邊數(shù)可為3～20；開口銷14穿過圓桿彈簧13和兩個(gè)半圓導(dǎo)套11安裝，合并配對的半圓導(dǎo)套11以很小間隙地塞在帶有細(xì)牙螺紋的旋蓋12內(nèi)，圓蓋15用螺釘擰在旋蓋12上，開口銷14和圓蓋15共同限制圓桿彈簧13的軸向移動(dòng)；旋轉(zhuǎn)旋蓋12調(diào)節(jié)圓桿彈簧13的位置；更換不同直徑的半圓導(dǎo)套11和圓桿彈簧13，以改變圓桿彈簧13的剛性，使柔性關(guān)節(jié)具有不同的動(dòng)態(tài)特性。
如附圖7、8所示的半圓導(dǎo)套11兩兩配作、標(biāo)記并配對裝配；如附圖9所示的圓桿彈簧13兩端鐓扁、鉆孔后，熱處理。
下面為本實(shí)用新型的工作原理及工作過程本實(shí)用新型可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)的工作原理是受流體壓力作用，波殼3軸向伸長，因受板彈簧9或圓桿彈簧13的限制而產(chǎn)生彎曲。對雙向或多方向的柔性彎曲關(guān)節(jié)，根據(jù)工作情況，可使一個(gè)或多個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的波殼3同時(shí)受流體壓力作用而膨脹，從而產(chǎn)生不同的關(guān)節(jié)彎曲驅(qū)動(dòng)力。
本實(shí)用新型可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，可由兩個(gè)或多個(gè)的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件組成，每個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件各有一套管路系統(tǒng)；靜態(tài)控制或動(dòng)態(tài)精度要求不高時(shí)，控制系統(tǒng)管路系統(tǒng)的壓力變送器傳遞壓力信號(hào)，在計(jì)算機(jī)中比較根據(jù)模型數(shù)值計(jì)算值或?qū)嶒?yàn)參數(shù)擬合曲線的壓力參數(shù)而預(yù)先設(shè)定的值，關(guān)閉進(jìn)口閥，保證各關(guān)節(jié)彎曲角度和維持對外作用力；接通出口閥，靠板彈簧9或圓桿彈簧13回彈作用，關(guān)節(jié)內(nèi)的流體排空，關(guān)節(jié)伸直，釋放抓取物。關(guān)節(jié)彎曲、回復(fù)的快慢速度由管路系統(tǒng)的節(jié)流閥控制。
權(quán)利要求1.一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征是波殼(3)靠卡箍(2)夾緊在頭座(1)和尾座(4)的卡口上，波殼(3)、頭座(1)和尾座(4)構(gòu)成的封閉空腔，流體通過軟管(7)和直角接頭(6)進(jìn)入空腔，直角接頭(6)與尾座(4)間有密封圈(5)密封，上述零件構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件；板彈簧(9)的兩端由內(nèi)六角螺栓(8)定位夾緊在兩個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的頭座(1)和尾座(4)的導(dǎo)向方槽(17)內(nèi)，形成雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)；或多個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件分別由內(nèi)六角螺栓(8)經(jīng)過導(dǎo)向塊(10)定位后，固定在正多邊形底座(16)上，圓桿彈簧(13)的兩端由開口銷(14)安裝在兩個(gè)半圓導(dǎo)套(11)上，半圓導(dǎo)套(11)很小間隙地塞在帶有細(xì)牙螺紋的旋蓋(12)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于開口銷(14)穿過圓桿彈簧(13)和兩個(gè)半圓導(dǎo)套(11)安裝，合并配對的半圓導(dǎo)套(11)以很小間隙地塞在帶有細(xì)牙螺紋的旋蓋(12)內(nèi)，圓蓋(15)用螺釘擰在旋蓋(12)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于圓桿彈簧(13)兩端鐓扁、鉆孔后，熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于正多邊形底座(16)的邊數(shù)等于流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的個(gè)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于旋轉(zhuǎn)旋蓋(12)調(diào)節(jié)圓桿彈簧(13)的位置，更換不同直徑的半圓導(dǎo)套(11)和圓桿彈簧(13)，以改變圓桿彈簧(13)剛性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，其特征在于雙向彎曲的柔性關(guān)節(jié)是將板彈簧(9)的兩端由內(nèi)六角螺栓(8)定位夾緊在兩個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的頭座(1)和尾座(4)的導(dǎo)向方槽(17)內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)，此關(guān)節(jié)可用作機(jī)器人、機(jī)械手和殘疾人假肢的各類關(guān)節(jié)，尤其是需多方向彎曲的機(jī)械人關(guān)節(jié)，屬于機(jī)器人、機(jī)械手和殘疾人假肢等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。關(guān)節(jié)以流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的受力膨脹為動(dòng)力，關(guān)節(jié)的彎曲角度與關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力有關(guān)；工作時(shí)，對外作用力隨關(guān)節(jié)空腔內(nèi)的流體壓力增加而增加；受沖擊時(shí)，有較好的緩沖作用，且關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)對扭矩亦有緩沖作用。關(guān)節(jié)波殼的變形對流體壓力的變化敏感，要求流體流量小，彎曲靈活；具有占空比小，功率/質(zhì)量比小，耗能小的特點(diǎn)；并可根據(jù)使用要求更換不同剛性的彈簧；同時(shí)彎曲變形量與流體壓強(qiáng)的關(guān)系，易建立數(shù)學(xué)模型，動(dòng)態(tài)控制精度高。
文檔編號(hào)B25J17/00GK2767081SQ200420054820
公開日2006年3月29日 申請日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者章軍, 須文波, 呂兵 申請人:江南大學(xué)