多自由度气控关节、多自由度气控装置及机械臂的制作方法

[0001]
本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种多自由度气控关节及机械臂。


背景技术：

[0002]
众所周知，机器人是面向工业等众多领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，其通过模拟人的手、臂的动作，并按照预定的程序、轨迹及其它要求，以实现抓取、搬运工件或操作工具的功能。然而，关节作为机器人的机械臂的基础部件，通常设置于两关节臂之间，或者设置于末端关节臂上以用于连接功能器件，其性能的好坏直接影响机器人的工作性能。
[0003]
目前，机器人的关节通常由旋转电机、减速器等结构组成，即通过旋转电机及减速器的配合，以实现对安装于机械臂末端的功能器件的驱动。
[0004]
但是，此关节的设置结构复杂，对于功能器件仅能实现单自由度方向的转动驱动，使得其转动角度范围受限，对其转动角度的控制不够精准，对于工作特性不同的功能器件不能很好应对，工作性能欠佳；并且因结构的较强刚性，对于一些特定场景(比如使用于身体、易碎部件等)不能很好的进行受力缓冲及安全保护，易引起碰撞、压迫等伤害的风险。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的主要目的是提出一种多自由度气控关节，旨在解决目前的机器人关节结构复杂、转动方向角度受限且控制不够精准以及安全性不高的问题。
[0006]
为实现上述目的，本实用新型提出一种多自由度气控关节，该多自由度气控关节包括相对设置的第一安装座和第二安装座，所述第一安装座和第二安装座之间设置有若干可弯曲的伸缩体，所述伸缩体具有空腔和可供气体进入、抽出所述空腔的开口，所述伸缩体的开口端与所述第一安装座连接，所述伸缩体的密封端与所述第二安装座连接。
[0007]
优选地，所述伸缩体包括两间隔设置的安装部和位于两所述安装部之间的波纹管，两所述安装部分别与所述第一安装座和第二安装座连接，其中一个所述安装部上设置有所述开口；所述波纹管的两端分别固定在两所述安装部上，所述波纹管与两所述安装部围合形成所述空腔。
[0008]
优选地，所述第一安装座和第二安装座上对应设置有可供两所述安装部穿过的通孔，所述安装部与通孔之间形成卡接配合。
[0009]
优选地，所述波纹管包括多个伸缩节，所述多自由度气控关节还包括两个设置在所述第一安装座和第二安装座之间的固定座，所述固定座具有卡持所述伸缩节的环形卡槽。
[0010]
优选地，所述固定座包括两个卡接配合的半环形块。
[0011]
优选地，两个所述半环形块上对应设置有燕尾槽和楔形块。
[0012]
优选地，所述第一安装座和第二安装座设置为中间高、周边低的环形结构，所述伸缩体为倾斜设置。
[0013]
优选地，所述多自由度气控关节还包括设置在所述第一安装座上的连接板，所述连接板上设置有多个连接孔。
[0014]
本实用新型还提出一种多自由度气控装置，该多自由度气控装置包括控制器、电磁阀、气泵及以上所述的多自由度气控关节，所述气泵通过气管与所述开口连接，所述电磁阀设置在所述气管上，所述控制器用于控制气泵对所述空腔进行进气和抽气。
[0015]
本实用新型还提出一种机械臂，该机械臂包括以上所述的多自由度气控关节。
[0016]
本实用新型技术方案的有益效果在于：本多自由度气控关节由第一安装座、第二安装座和伸缩体等组成，通过从伸缩体的开口向空腔输气或抽气，以控制伸缩体进行伸缩弯曲动作，并通过若干个伸缩体的配合，实现对于第二安装座的偏转驱动。与现有的关节相比，本多自由度气控关节结构简单，功能器件安装于第二安装座上可随其实现多个方向角度的转动动作，转动角度范围大，并且采用气动的驱动方式，具有驱动柔性，受力可缓冲，使用安全性高，方向易于控制，可实现转动角度的精准控制，对于各类功能器件均具有很好的适用性。
附图说明
[0017]
图1为本实用新型一实施例中多自由度气控关节的结构示意图；
[0018]
图2为图1中多自由度气控关节的爆炸结构示意图；
[0019]
图3为图1中多自由度气控关节的固定座的结构示意图；
[0020]
图4为本实用新型一实施例中多自由度气控装置的电气连接示意图。
具体实施方式
[0021]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]
本实用新型提出一种多自由度气控关节，参照图1，该多自由度气控关节包括相对设置的第一安装座100和第二安装座200，第一安装座100和第二安装座200之间设置有若干可弯曲的伸缩体300，伸缩体300具有空腔和可供气体进入、抽出空腔的开口，伸缩体300的开口端与第一安装座100连接，伸缩体300的密封端与第二安装座200连接。
[0023]
关节作为机器人的基础部件，其作用在于实现机械臂各关节的转动或实现机械臂上功能器件的转动，据此，本实施例提出的多自由度气控关节，参照图1，其包括第一安装座100、第二安装座200、若干个伸缩体300，具体的，第一安装座100、伸缩体300和第二安装座200从上至下依次设置，其中：
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第一安装座100作为设置基础，用于安装本气控关节其它结构及本气控关节在机械臂或其他结构上的连接固定；第二安装座200位于第一安装座100的下方，其用于安装功能器件，该功能器件可为多种，在此不作特定限制。进一步的，第二安装座200上可分布设置多个安装孔位，以通过螺丝实现功能器件的可拆卸安装。参照图1，作为优选，第一安装座100和第二安装座200均采用圆盘结构，可节省安装空间。
[0025]
伸缩体300位于第一安装座100和第二安装座200之间，若干个伸缩体300可绕一虚
拟的中心轴周向布置。即该中心轴位于若干个伸缩体300的中心位置处，以表示若干个伸缩体300具有一个设置中心，基于上述结构，该中心轴可为第一安装座100和第二安装座200的圆心连线。作为较优设置，参照图1，伸缩体300采用四个，但不仅限于四个，还可为三个或五个不等，其根据工作要求和实际情况设置。其中，伸缩体300呈长条形且具有开口端和密封端，其两端分别与第一安装座100和第二安装座200连接，可采用胶粘或其它的方式固定；伸缩体300内设空腔，开口即设于开口端，其可采用柔性材质制成，比如橡胶。可理解的是，从开口处往伸缩体300的空腔内输气或从伸缩体300的空腔内抽气，则可使得伸缩体300沿其长度方向伸长或缩短。
[0026]
其中，作为较优设置，可采用气泵实现输气和抽气，气泵通过气管连接伸缩体300的开口以与其内腔连通，每一个伸缩体300均可单独配置气泵，也可通过气泵统一控制，具体设置需根据实际情况而定。
[0027]
本多自由度气控关节从伸缩体300的开口向空腔输气或抽气，以控制伸缩体300进行伸缩弯曲动作，并通过若干个伸缩体300的配合，实现对于第二安装座200的偏转驱动。即让若干个伸缩体300中的某一个或某几个伸长弯曲，另外的几个缩短弯曲，可使第二安装座200朝某一个方向转动，以及通过控制伸缩体300的伸缩距离和弯曲程度，可使第二安装座200朝该方向转动某一个角度。
[0028]
与现有的关节相比，本多自由度气控关节结构简单，功能器件安装于第二安装座200上可随其实现多个方向角度的转动动作，转动角度范围大，并且采用气动的驱动方式，具有驱动柔性，受力可缓冲，使用安全性高，方向易于控制，可实现转动角度的精准控制，对于各类功能器件均具有很好的适用性。
[0029]
在一较佳实施例中，参照图2，伸缩体300包括两间隔设置的安装部310和位于两安装部310之间的波纹管320，两安装部310分别与第一安装座100和第二安装座200连接，其中一个安装部310上设置有开口；波纹管320的两端分别固定在两安装部310上，波纹管320与两安装部310围合形成空腔。具体地，伸缩体300的结构组成依次为安装部310、波纹管320和安装部310，整体呈长条状，波纹管320位于伸缩体300的中部位置，其与两安装部310一体成型且围合形成空腔，两安装部310位于波纹管320的两端位置，以分别与第一安装座100和第二安装座200连接，开口则位于伸缩体300与第一安装座100连接的安装部310上。
[0030]
进一步地，参照图2，第一安装座100和第二安装座200上对应设置有可供两安装部310穿过的通孔，安装部310与通孔之间形成卡接配合。两安装部310呈圆柱形结构，第一安装座100和第二安装座200上所设通孔为圆形且与安装部310相适配，通孔的内径大小与安装部310的外径大小一致，伸缩体300的两安装部310分别插装第一安装座100和第二安装座200的通孔内以形成卡接配合，实现稳固连接，结构简单，装配方便。
[0031]
在一较佳实施例中，参照图2，波纹管320包括多个伸缩节，多自由度气控关节还包括两个设置在第一安装座100和第二安装座200之间的固定座400，固定座400具有卡持伸缩节的环形卡槽。具体地，多个伸缩节沿波纹管320的长度方向排列，伸缩体300的内腔被抽气或输气，伸缩节则层层折叠或层层分开，具有良好的伸缩性能。每一个伸缩体300对应设置两个固定座400，且分别安装在第一安装座100和第二安装座200上，靠近伸缩体300的开口端和密封端。固定座400为环形结构，位于伸缩体300的外侧，以通过其内的环形卡槽卡持伸缩节，实现伸缩体300的安装定位，且对伸缩体300具有加固作用。另外，通过两固定座400的
设置，在伸缩体300缩短时，可避免第一安装座100和第二安装座200的直接碰撞，延长使用寿命。其中，固定座400可采用螺丝安装。
[0032]
进一步地，参照图3，固定座400包括两个卡接配合的半环形块410。两个半环形块410的两端对应相接以组成固定座400，且围绕伸缩体300设置，固定座400的内径大小与伸缩体300轮廓大小一致。固定座400采用两半环形块的结构形式，拆装简单方便。
[0033]
进一步地，参照图3，两个半环形块410上对应设置有燕尾槽10和楔形块20。燕尾槽10和楔形块20分别位于半环形块410的两端位置处，燕尾槽10和楔形块20相适配且可插装，两个半环形块410以通过燕尾槽10和楔形块20实现卡接配合，固定座400设置稳固。
[0034]
在一较佳实施例中，参照图2，第一安装座100和第二安装座200设置为中间高、周边低的环形结构，伸缩体300为倾斜设置。伸缩体300连接于第一安装座100和第二安装座200的周边，各伸缩体300的开口端相对其设置中心向外扩张，密封端朝向设置中心靠拢，以形成伸缩体300的倾斜设置。通过此设置，可使第二安装座200受力更加集中，以及进一步扩大第二安装座200的偏转角度及转动范围，提高本气控关节的工作性能。
[0035]
其中，伸缩体300的倾斜角度根据实际情况设置，在此不作具体限定。另外，为顺应伸缩体300的倾斜设置，第一安装座100和第二安装座200设置为中间高、周边低的环形结构，即对应采用倾斜的构造设置，可使结构紧凑，提高伸缩体300的安装稳定性。
[0036]
在一较佳实施例中，参照图1和图2，多自由度气控关节还包括设置在第一安装座100上的连接板500，连接板500上设置有多个连接孔510。该连接板500用于将本多自由度气控关节的安装至机器上，比如机器的机械臂上。具体地，连接板500的顶部为圆盘状，底部沿顶部的边缘往外分支延伸，并在底部穿设若干个螺丝与第一安装座100连接固定；若干个连接孔510则设置于连接板500的顶部，用于穿设螺丝以实现与机器的连接，结构简单，拆装容易。
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本实用新型还提出一种多自由度气控装置，该多自由度气控装置包括控制器、电磁阀、气泵及以上的多自由度气控关节，气泵通过气管与开口连接，电磁阀设置在气管上，控制器用于控制气泵对空腔进行进气和抽气。
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参照图4，具体地，气泵包括与控制器电性连接的输气泵和吸气泵，输气泵和吸气泵通过气管与伸缩体300的开口连接，以连通伸缩体300的内腔，而分别用于内腔的进气和抽气。作为较优设置，参照图1和图2，伸缩体300的开口处可设置三向气管接头30，三向气管接头30的一端与伸缩体300的内腔连通，另外两端分别通过气管连接输气泵和吸气泵。每一根气管上均设有电磁阀，以通过电磁阀控制气管内气体流量大小，达到对伸缩体300伸缩弯曲动作的精准控制。若干个伸缩体300采用同一个输气泵输气和同一个吸气泵吸气，通过控制器的电气控制，并通过各气管上的电磁阀调节配合，以实现各自的伸缩变化。该控制器可包括方向操作器，操纵方向操作器上的操作杆，即可使得第二安装座200朝某个方向转动，操作简单，控制方便。
[0039]
本实用新型还提出一种机械臂，该机械臂包括以上的多自由度气控关节，该多自由度气控关节的具体结构参照上述实施例，由于本机械臂采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
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其中，该多自由度气控关节、多自由度气控装置或机械臂可应用在医疗领域，多自由度气控关节的第二安装座200上可连接按摩头，以组装成按摩机器人，按摩机器人采用本
多自由度气控关节、多自由度气控装置或机械臂，可扩大按摩头的转动范围，实现按摩头的多方向角度转动，以更好的适应人体外形轮廓，提升按摩机器人的工作性能以及按摩效果。除按摩头以外，也可连接扫描探头等器件。当然，上述设置仅为举例说明，多自由度气控关节、多自由度气控装置或机械臂的应用并不仅限于此，在其他领域也可作类似应用，第二安装座200上也可连接其他任意器件，在此不再作举例说明。
[0041]
以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。