气动双向单维弯曲柔性关节的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气动双向单维弯曲柔性关节，包括约束元件、弹性钢板、气囊、上端盖、下端盖、上堵头、下堵头、流体入口，在上端盖和下端盖之间设有若干个约束元件，所述若干个约束元件同轴串联密排形成柱状结构，在柱状结构内部形成1个矩形空腔和2个轴线平行的管状空腔。在矩形空腔内设置弹性钢板，弹性钢板两端分别与上端盖、下端盖固定连接；在管状空腔中设置气囊，气囊两端分别与上堵头、下堵头连接，在下堵头上设有流体入口。本发明的关节的驱动装置与关节本体复合形成一体结构，具有1个自由度，双侧气囊交替通气可实现仿生关节单维两个方向的主动弯曲。
【专利说明】
气动双向单维弯曲柔性关节
技术领域
[0001]本发明涉及机械手及仿生机器人肢体用柔性关节，特别涉及一种气动双向单维弯曲柔性关节。
【背景技术】
[0002]目前机器人技术在工业、军事、医疗和服务等领域应用广泛，已成为世界各国的重要战略支撑技术之一。作为机器人的关键技术和核心部件，各类主动关节的结构、驱动、运动性能和控制方法，将决定机器人的整体水平。在陆生、水生和仿人机器人领域，肢体柔性关节在解决柔性运动和抓取物体的适应性方面具有重要作用。因此，多年来国内外对柔性关节进行了深入研究并取得了可喜成果，研究的主要内容有关节驱动装置、驱动材料和关节柔性结构的实现。其中关节驱动结构和控制方式为研究重点，驱动材料是研究难点。
[0003]国内外已研发的柔性关节主要有伺服电机驱动、液压驱动、气缸驱动、导电聚合物、电致驱动和人工肌肉驱动等几种形式。其中应用伺服电机驱动、液压和气缸驱动方式的柔性关节，其技术基本成熟，应用广泛，但体积较大，关节柔性程度受到限制;而导电聚合物和电致驱动行程较小，主要用于微动关节;气动人工肌肉驱动具有较好的综合柔性，近年来得到了快速发展，但具有较强的非线性。以上几种驱动装置在应用过程中都要与机械结构配合使用，体积大，小型化困难，关节的运动轨迹由机械结构决定，柔顺性差。
[0004]因此，目前已有的人工关节尚不能完全满足在形式变化较大的工业品的搬运、水中仿生及特种机器人等领域的特殊需要，有必要继续开发具有高度柔性的关节。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种机器人肢体用气动双向单维弯曲柔性关节。
[0006]本发明的一种气动双向单维弯曲柔性关节，包括约束元件、弹性钢板、气囊、上端盖、下端盖、上堵头、下堵头、流体入口，在上端盖和下端盖之间设有若干个约束元件。
[0007]所述约束元件为圆环状片体，在约束环一侧端面中心处有一矩形柱状凸起，矩形柱状凸起内有一矩形通孔，矩形通孔两侧对称分布4个圆形通孔。
[0008]所述若干个约束元件同轴串联密排形成柱状结构，在柱状结构内部形成I个矩形空腔和4个轴线平行的管状空腔。在矩形空腔内设置弹性钢板，弹性钢板两端分别与上端盖、下端盖固定连接;在管状空腔中设置气囊，气囊两端分别与上堵头、下堵头连接，构成密封腔体;上堵头、下堵头与上端盖、下端盖固定连接成一体，在下堵头上设有流体入口。
[0009 ]所述关节包含4个气囊，采用同侧2个气囊进行驱动。
[0010]所述下堵头上设有流体入口，以充入压力流体，当充入流体压力增加，密封腔体膨胀推动约束元件移动使关节主动变形加大，当充入流体压力减小，橡胶气囊恢复，关节变形减小，变形情况与所述骨架形式和通压状态有关；当骨架为弹性元件，同侧2个气囊通气压力相同时，关节发生单方向主动弯曲，反之另侧2个气囊通气压力相同时，关节向反方向主动弯曲；弯曲变形程度由流体介质压力决定，所述充入流体，可以是无腐蚀、无毒性的介质， 如压缩空气、水等。
[0011]本发明的优点是关节体积小和运动灵活，关节的驱动装置与关节本体复合为一体，具有1个自由度，双侧气囊交替通气可实现仿生关节单维两个方向的主动弯曲；该关节属流体驱动变形的柔性关节，可采用一个比例阀和两个换向阀进行动作控制，方法简单易于实现;作为动作执行元件，由于其结构主要为复合弹性体，在接触不同形状和不同的硬度物体时，适应性会更好且具有一定缓冲效果，可用于仿生机械手手指等关节上，尤其适用于抓取或搬运易损、易碎和不规则形状的物体，具有较好的应用价值和市场前景。【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:[〇〇13]图1是本发明种气动双向单维弯曲柔性关节爆炸示意图；
[0014]图2是本发明双种气动双向单维弯曲柔性关节轴侧示意图；
[0015]图3是本发明种气动双向单维弯曲柔性关节柔性轴骨架示意图；
[0016]图中1、上端盖;2、上堵头;3、弹性钢板;4、约束元件;5、气囊;6、下堵头;7、下端盖； 8、流体入口。【具体实施方式】 [〇〇17] 实施例:
[0018]下面结合附图和具体实例对本发明作出进一步地详细描述。
[0019]本发明气动双向单维弯曲柔性关节是由上端盖1、上堵头2、弹性钢板3、约束元件 4、气囊5、下堵头6、下端盖7和流体入口 8组成的；上端盖1和下端盖7分别位于气动双向单维弯曲柔性关节两端，气动双向单维弯曲柔性关节中间是14个约束元件4同轴密排串联，串联后外形为柱状结构，内部形成1个矩形空腔和4个轴线平行的管状空腔，所述1个矩形空腔中轴线与所述柱状结构的轴线平行，称为管状空腔一，在管状空腔一中设置弹性钢板3(附图3 柔性轴骨架实例)，弹性钢板3两端分别与上端盖1、下端盖7固定连接;除管状空腔一以外的其余4个管状空腔结构尺寸完全相同，关于柱状结构的轴线对称分布，称为管状空腔二，在管状空腔二中设置橡胶气囊5,橡胶气囊两端分别与上堵头2、下堵头6连接，构成密封腔体； 上堵头2、下堵头6与上端盖1、下端盖7固定连接成一体，在下堵头6上设有流体入口，上端盖 1和下端盖7可通过螺纹连接的方式与机器人本体组装。
【主权项】
1.一种气动双向单维弯曲柔性关节，包括约束元件、弹性钢板、气囊、上端盖、下端盖、 上堵头、下堵头、流体入口，在上端盖和下端盖之间设有若干个约束元件，所述若干个约束 元件同轴串联密排形成柱状结构，在柱状结构内部形成1个矩形空腔和4个轴线平行的管状 空腔。在矩形空腔内设置弹性钢板，弹性钢板两端分别与上端盖、下端盖固定连接;在管状 空腔中设置气囊，气囊两端分别与上堵头、下堵头连接，构成密封腔体;上堵头、下堵头与上 端盖、下端盖固定连接成一体，在下堵头上设有流体入口。其特征在于:所述关节采用4个气 囊，同侧的两个气囊同时进行驱动。2.根据权利要求1所述的一种气动双向单维弯曲柔性关节，其特征在于:所述约束元件 为圆环状片体，在约束环一侧端面中心处有一矩形柱状凸起，矩形柱状凸起内有一矩形通 孔，矩形通孔两侧对称分布4个圆形通孔。
【文档编号】B25J17/00GK205668277SQ201620059259
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年1月16日
【发明人】刘晓敏, 耿德旭, 赵云伟, 郑永永, 刘荣辉
【申请人】北华大学