专利名称：波壳伸缩式灵活弯曲关节的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种波壳伸缩式灵活弯曲关节，此弯曲关节可用作机器人的各类关节，尤其是构成多个弯曲关节的机械手指，多个机械手指可组合成机械手，属于机器人、机械手应用技术领域。
背景技术：
本实用新型作出以前，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。上述方式是刚性结构，结构复杂，体积较大，制造成本高。亦有采用通压缩空气的橡胶壁(一种可变形的圆形橡胶管)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，动态控制效果不好，不够灵敏，不能实现多关节弯曲的应用(如机械手指)动作协调性。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足之处，本实用新型弯曲关节采用各种横截面形状的板弹簧为柔性骨架，波壳受气压后膨胀作为肌肉动力，限制了关节的自由度，在受侧外力时，关节也不会侧弯。靠板弹簧的作用，弯曲变形的关节回复原状。波壳的变形对气体压力的变化敏感，要求气体流量小，关节弯曲动作灵活，耗能小，同时动态控制精度高。作为多关节的机械手指时，多关节的协调性好。
本实用新型的主要解决方案是这样实现的本实用新型的波壳伸缩式灵活弯曲关节的工作机理是受气压作用，波壳4轴向伸长，因受板弹簧5的局部限制而产生弯曲。其结构是波壳4靠卡箍3夹紧在头座2和尾座7的卡口上，卡口的轴心线与它们的主轴心线偏心。板弹簧5的两端经垫块6固定在头座2和尾座7上；关节内部有铰链座12、滑杆13、滚动体14、铰链轴15构成的铰链-滑块机构，使滑杆13在头座2的孔内滑动，防止关节侧弯；头节1与头座2螺纹连接，它们中间有大密封垫11密封。头节1和尾座7，在两端封闭弯曲关节内的气体空间。
本实用新型与已有技术相比具有以下优点本实用新型波壳伸缩式灵活弯曲关节采用各种横截面形状的板弹簧为柔性骨架，波壳受气压后膨胀作为肌肉动力。不受外力时，关节弯曲角度与其关节内的气体压强有关；受外力时，作用力随关节内的气体压强增加而增加。限制了关节的自由度，在受侧外力时，关节也不会侧弯。靠各种横截面形状的板弹簧的作用，关节弯曲后回复原状。本实用新型关节要求气体流量小，小的压力变化就产生弯曲变形，耗能小。且弯曲变形量与气体压强的关系，易建立数学模型，动态控制精度高，关节弯曲灵活，作为机械手指等多关节使用场合，多关节的协调性好。
图1为本实用新型弯曲关节的主视图图2为本实用新型弯曲关节的A-A剖视图图3为本实用新型弯曲关节的B-B剖视放大图图4为本实用新型弯曲关节头座零件的右视图图5为本实用新型弯曲关节头座零件的主视图图6为本实用新型弯曲关节头座零件的左视图图7为本实用新型弯曲关节尾座零件的主视图图8为本实用新型弯曲关节尾座零件的左视图图9为本实用新型弯曲关节波壳零件的主视图具体实施方式
下面本实用新型将结合附图中的实施例作进一步描述本实用新型的主要由1.头节、2.头座、3.卡箍、4.波壳、5.板弹簧、6.垫块、7.尾座、8.管接头、9.气动软管、10.尾节、11.大密封垫、12.铰链座、13.滑杆、14.滚动体、15.铰链轴、16.长丝等构成。
根据需要，波壳4的壁内可含有、亦可不含有多根沿轮廓方向的长丝16，波壳4靠卡箍3夹紧在头座2和尾座7的卡口上，板弹簧5的两端经垫块6固定在头座2和尾座7上；关节内部，两个内六角螺栓穿过密封垫将铰链座12固定在尾座7上，滚动体14套在铰链轴15上，滚动体14在铰链轴15上灵活转动，滚动体14在铰链座12的腰形槽内滑动，铰链轴15过盈配合地安装滑杆13上；头节1与头座2螺纹连接，它们中间有大密封垫11密封，头节1和尾座7在两端封闭弯曲关节的气体空间；气压源由接在管接头8的气动软管9提供，管接头8穿过密封垫安装尾座7上，尾节10与尾座7螺纹连接，它们中间有大密封垫11密封。
过渡的尾节10也可以与头座2的螺纹连接，它们中间同样有大密封垫11密封，包含除头节1外的所有关节零件，形成了第二个关节，可形成多关节的手指。第二个关节内的第一个关节的气路靠管接头8和气动软管9连接，即第二个关节内增加了一根可弯曲的气动软管9和两头的两个管接头8，第一个关节的气路与第二个关节内腔完全隔绝。
下面为本实用新型的工作原理及工作过程本实用新型波壳伸缩式灵活弯曲关节采用各种横截面形状的板弹簧5为柔性骨架，波壳4受气压后膨胀作为肌肉动力。波壳4内腔受气压后，由于在一侧板弹簧5的限制，不能轴向伸长，另一侧可以轴向伸长，因此产生弯曲。不受外力时，关节弯曲角度与其关节内的气体压强有关；受外力时，对外的作用力随关节内的气体压强增加而增加。限制了关节的自由度，在受侧外力时，关节也不会侧弯；但扭矩可使关节头座2以其主轴心线产生一定的旋转，扭矩一定的情况下，其转动角度与板弹簧5的横截面形状、尺寸有关；因此，关节在弯曲和扭转上有一定的柔性。靠各种横截面形状的板弹簧5的作用，关节弯曲后回复原状，且弯曲变形量与气体压强的关系，易建立数学模型，动态控制精度高。作为多关节手指时，多关节的协调性好。多关节组合时，根据操作要求，数目可多可少的各关节的气路有各自的一套气动软管，进、出气阀，节流阀和气压变送器等，控制系统采用气压变送器传递气压信号，比较根据实验预先设定的值或控制模型，关闭进气阀，保证各关节弯曲角度和对外作用力；接通出气阀，靠板弹簧作用，关节内的气体排空，关节回复原状，释放抓取物。关节弯曲、回复的快慢速度由气路节流阀控制。
权利要求1.一种波壳伸缩式灵活弯曲关节，其特征是波壳(4)受气压作用而轴向伸长，因受板弹簧(5)的局部限制而产生弯曲，波壳(4)靠卡箍(3)夹紧在头座(2)和尾座(7)的卡口上；板弹簧(5)的两端经垫块(6)固定在头座(2)和尾座(7)上；关节内有铰链座(12)、滑杆(13)、滚动体(14)、铰链轴(15)构成的铰链-滑块机构，滑杆(13)可在头座(2)的孔内滑动，以防止受侧外力时关节侧弯；头节(1)与头座(2)螺纹连接，它们中间有大密封垫(11)密封，头节(1)和尾座(7)，在两端封闭弯曲关节内的气体空间。
2.根据权利要求1所述的波壳伸缩式灵活弯曲关节，其特征在于采用板弹簧(5)为柔性骨架，波壳(4)受气压后膨胀作为弯曲的动力。
3.根据权利要求1所述的波壳伸缩式灵活弯曲关节，其特征在于波壳(4)靠卡箍(3)夹紧在头座(2)和尾座(7)的卡口上的安装形式，根据需要，波壳(4)的壁内可含有、亦可不含有多根沿轮廓方向的长丝(16)。
4.根据权利要求1所述的波壳伸缩式灵活弯曲关节，其特征在于板弹簧(5)的两端固定在头座(2)和尾座(7)上，板弹簧的横截面形状可为长方形、圆弧形、月牙形、“U”字形。
5.根据权利要求1所述的波壳伸缩式灵活弯曲关节，其特征在于关节内部，由内六角螺栓穿过密封垫将铰链座(12)固定在尾座(7)上，滚动体(14)套在铰链轴(15)上，滚动体(14)不仅可在铰链轴(15)上灵活转动，滚动体(14)亦可在铰链座(12)的腰形槽内滑动，铰链轴(15)过盈配合地安装滑杆(13)上，滑杆(13)可在头座(2)的孔内滑动。
6.根据权利要求1所述的波壳伸缩式灵活弯曲关节，其特征在于头座(2)和尾座(7)的卡口的轴心线与它们的主轴心线偏心。
专利摘要本实用新型涉及一种波壳伸缩式灵活弯曲关节，此关节可用作机器人的各类关节，尤其适用于多个弯曲关节的机械手指，属于机器人、机械手应用技术领域。关节采用各种横截面形状的板弹簧为柔性骨架，波壳内腔受气压后膨胀作为肌肉动力。波壳内腔受气压后，由于受一侧板弹簧的限制，不能轴向伸长，另一侧可以轴向伸长，因此产生弯曲。不受外力时，关节弯曲角度与关节内的气体压强有关；受外力时，对外作用力随关节内的气体压强增加而增加；在受侧外力时，关节也不会侧弯；靠板弹簧的作用，弯曲变形的关节回复原状。本实用新型弯曲动作灵活，耗能小，动态控制精度高，作为多关节的机械手指时，多关节的协调性好。
文档编号B25J17/00GK2717632SQ20042002527
公开日2005年8月17日 申请日期2004年3月10日 优先权日2004年3月10日
发明者章军, 须文波, 吕兵 申请人:江南大学