專利名稱：流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)，此關(guān)節(jié)為單自由度彎曲，具有柔性好、動作靈敏的特點(diǎn)，可用作機(jī)械手、機(jī)器人或殘疾人假肢的各類彎曲關(guān)節(jié)，屬于機(jī)械手、機(jī)器人或殘疾人假肢等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明作出以前，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；各方式均是剛性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，制造成本高。還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，因此動態(tài)控制效果不好，動作不夠靈敏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，本發(fā)明柔性關(guān)節(jié)以流體驅(qū)動，以彈性波殼的受力膨脹為動力，關(guān)節(jié)的彎曲角度與彈性波殼內(nèi)腔的流體壓力有關(guān)；采用拉彈簧、彈性條或扭彈簧等彈性元件，靠彈性元件的作用，關(guān)節(jié)回復(fù)伸直；克服彈性元件的作用，關(guān)節(jié)彎曲并抓取物品，對外作用力隨彈性波殼內(nèi)腔的流體壓力增加而增加；可根據(jù)使用要求，更換不同種類或剛性的彈性元件，得到不同的靜、動態(tài)性能。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)；同時(shí)易建立關(guān)節(jié)彎曲角度與流體壓強(qiáng)的關(guān)系，控制模型簡單，動態(tài)控制精度高。
本發(fā)明的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的第一種方案是彈性波殼6靠卡箍5夾緊在頭座3a和尾座8a的卡口上，流體通過軟管10和接頭11進(jìn)入彈性波殼6的內(nèi)腔，接頭11旋在尾座8a上，中間有密封圈9密封；板鉸鏈7的兩端由螺釘4固定在頭座3a和尾座8a上，拉彈簧13兩端鉤在兩個(gè)鉤軸12孔內(nèi)，兩個(gè)鉤軸12分別與頭座3a和尾座8a的孔間隙配合，并用螺母鎖緊；指套1旋在頭座3a上，調(diào)整墊片2的厚度可調(diào)節(jié)指套1的旋轉(zhuǎn)相位；頭座3a和尾座8a的螺紋是相同的，指套1也通過調(diào)整墊片2旋在尾座8a。
第二種方案是不用拉彈簧13，而用彈性條16穿過兩個(gè)鉤軸12，彈性條16兩端再被鎖片17卡緊的方式，其余結(jié)構(gòu)同第一種方案。
第三種方案是采用扭彈簧18安裝在板鉸鏈7的銷軸上，約束板鉸鏈7彎曲的方式；將第一種方案中帶孔的頭座3a和尾座8a更換成無孔頭座3b和無孔尾座8b，不用鉤軸12、拉彈簧13、彈性條16、鎖片17等零件，其余結(jié)構(gòu)同第一種方案。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)采用板鉸鏈為柔性骨架，彈性波殼受流體壓力作用后膨脹作為肌肉動力，關(guān)節(jié)的彎曲角度與彈性波殼內(nèi)腔的流體壓力有關(guān)；克服彈性元件的作用，關(guān)節(jié)彎曲并抓取物品，對外作用力隨彈性波殼內(nèi)腔的流體壓力增加而增加；靠彈性元件的作用，關(guān)節(jié)回復(fù)伸直；可根據(jù)使用要求，更換不同種類和剛性的彈性元件，得到不同的靜、動態(tài)性能。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(彈性波殼彎曲與伸直時(shí)占用的流體空間之比)，功率/質(zhì)量比小，耗能小的特點(diǎn)；同時(shí)易建立彎曲變形角度與流體壓強(qiáng)的關(guān)系，控制模型簡單，動態(tài)控制精度高。


圖1為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)方案一的主剖視2為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)方案一的A-A剖視3為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)方案一的B處放大4為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)方案二的主剖視5為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)方案三的主剖視6為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)方案三的C-C剖視7為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)板鉸鏈的主剖視8為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)板鉸鏈的俯視9為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)板扭彈簧的主視10為本發(fā)明柔性彎曲關(guān)節(jié)板扭彈簧的左視圖
具體實(shí)施例方式下面本發(fā)明將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步描述本發(fā)明主要由指套1、調(diào)整墊片2、頭座3a、無孔頭座3b、螺釘4、卡箍5、彈性波殼6、板鉸鏈7、尾座8a、無孔尾座8b、密封圈9、軟管10、接頭11、鉤軸12、拉彈簧13、環(huán)形緯絲14、經(jīng)絲15、彈性條16、鎖片17、扭彈簧18等組成。
如附圖1、2所示的第一種方案是彈性波殼6靠卡箍5夾緊在頭座3a和尾座8a的卡口上，彈性波殼6、頭座3a和尾座8a構(gòu)成的封閉空腔；流體通過軟管10和接頭11進(jìn)入關(guān)節(jié)空腔，接頭11旋在尾座8a上，中間有密封圈9密封；板鉸鏈7的兩端由螺釘4固定在頭座3a和尾座8a上；拉彈簧13兩端鉤在兩個(gè)鉤軸12孔內(nèi)，兩個(gè)鉤軸12分別與頭座3a和尾座8a的孔間隙配合，用螺母鎖緊，并保證拉彈簧13處于自由狀態(tài)時(shí)，關(guān)節(jié)是伸直的；指套1旋在頭座3a上，調(diào)整墊片2的厚度可調(diào)節(jié)指套1的旋轉(zhuǎn)相位；頭座3a和尾座8a的螺紋是相同的，指套1也通過調(diào)整墊片2旋在尾座8a，用以裝配第二個(gè)柔性關(guān)節(jié)，形成多關(guān)節(jié)機(jī)械手。板鉸鏈7的結(jié)構(gòu)如附圖7、8所示。
如附圖3所示，彈性波殼6單節(jié)縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等，內(nèi)有或沒有加強(qiáng)用的環(huán)形緯絲14和纏繞環(huán)形緯絲14的、沿輪廓分布的經(jīng)絲15。
如附圖4所示的第二種方案是不用螺旋彈簧13，用彈性條16穿過兩個(gè)鉤軸13，彈性條16兩端再被鎖片17卡緊，其余結(jié)構(gòu)同第一種方案。
如附圖5、6所示的第三種方案是采用扭彈簧18安裝在板鉸鏈7的銷軸上，約束板鉸鏈7彎曲的方式；將第一種方案中帶孔的頭座3a和尾座8a更換成無孔頭座3b和無孔尾座8b，不用鉤軸12、拉彈簧13、彈性條16、鎖片17等零件，其余結(jié)構(gòu)同第一種方案。扭彈簧18的結(jié)構(gòu)如附圖9、10所示。
下面為本發(fā)明的工作原理及工作過程本發(fā)明流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)，可組成多關(guān)節(jié)機(jī)械手的手指，每個(gè)彎曲關(guān)節(jié)各有一套管路系統(tǒng)；控制系統(tǒng)根據(jù)管路系統(tǒng)的壓力變送器傳遞壓力信號，比較預(yù)先設(shè)定的值，由計(jì)算機(jī)控制關(guān)閉進(jìn)口閥，保證各關(guān)節(jié)彎曲角度或維持對外作用力；接通出口閥，靠彈性元件回彈作用，彈性波殼內(nèi)腔的流體排出，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.本發(fā)明涉及一種流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)，其特征是彈性波殼(6)靠卡箍(5)夾緊在頭座(3a)和尾座(8a)的卡口上，流體通過軟管(10)和接頭(11)進(jìn)入彈性波殼(6)的內(nèi)腔，接頭(11)旋在尾座(8a)上，中間有密封圈(9)密封；板鉸鏈(7)的兩端由螺釘(4)固定在頭座(3a)和尾座(8a)上，拉彈簧(13)兩端鉤在兩個(gè)鉤軸(12)孔內(nèi)，兩個(gè)鉤軸(12)分別與頭座(3a)和尾座(8a)的孔間隙配合，并用螺母鎖緊；指套(1)旋在頭座(3a)上，調(diào)整墊片(2)的厚度可調(diào)節(jié)指套(1)的旋轉(zhuǎn)相位；頭座(3a)和尾座(8a)的螺紋是相同的，指套(1)也通過調(diào)整墊片(2)旋在尾座(8a)。
2.一種流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于用彈性條(16)替換前述方案的結(jié)構(gòu)中的螺旋彈簧(13)，即用彈性條(16)穿過兩個(gè)鉤軸(12)，彈性條(16)兩端再被鎖片(17)卡緊，其余結(jié)構(gòu)同前述方案。
3.一種流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于采用扭彈簧(18)安裝在板鉸鏈(7)的銷軸上，約束板鉸鏈(7)彎曲；將前述方案中帶孔的頭座(3a)和尾座(8a)更換成無孔頭座(3b)和無孔尾座(8b)，不用鉤軸(12)、拉彈簧(13)、彈性條(16)、鎖片(17)等零件，其余結(jié)構(gòu)同前述方案。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于彈性波殼(6)的單節(jié)縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等波紋管，內(nèi)有或沒有加強(qiáng)用的環(huán)形緯絲(14)和纏繞環(huán)形緯絲(14)的、沿輪廓分布的經(jīng)絲(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及流體驅(qū)動的單自由度柔性彎曲關(guān)節(jié)，可用作機(jī)械手、機(jī)器人或殘疾人假肢的各類彎曲關(guān)節(jié)，屬于機(jī)械手、機(jī)器人或殘疾人假肢等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明柔性關(guān)節(jié)以流體驅(qū)動，以彈性波殼的受力膨脹為動力，關(guān)節(jié)的彎曲角度與彈性波殼內(nèi)腔的流體壓力有關(guān)；采用拉彈簧、彈性條或扭彈簧等彈性元件，靠彈性元件的作用，關(guān)節(jié)回復(fù)伸直；可根據(jù)使用要求，更換不同種類或剛性的彈性元件，得到不同的靜、動態(tài)性能；彈性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)；同時(shí)易建立彎曲變形角度與流體壓強(qiáng)的關(guān)系，控制模型簡單，動態(tài)控制精度高。
文檔編號B25J17/00GK1693036SQ20051004016
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日
發(fā)明者章軍, 須文波, 陳安軍, 范本雋, 曹偉明, 呂兵 申請人:江南大學(xué)