專利名稱：鉸鏈?zhǔn)诫p向或多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鉸鏈?zhǔn)诫p向或多方向彎曲柔性關(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。
實(shí)用新型內(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)采用萬向節(jié)或板鉸鏈為關(guān)節(jié)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。波殼的變形對流體壓力的變化敏感，要求流體流量小，耗能小，同時(shí)關(guān)節(jié)彎曲動(dòng)作靈活，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。板鉸鏈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14內(nèi)，這樣由兩個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件和一個(gè)板鉸鏈9形構(gòu)成了雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)。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，固定在兩端的正多邊形底座12；萬向節(jié)13(十字形或球形萬向節(jié)，本實(shí)用新型附圖中所畫的是十字形萬向節(jié))的兩端由螺母與正多邊形底座12緊固，并且萬向節(jié)13兩端的軸頸11與正多邊形底座12中間孔的配合是間隙配合。
雙向或多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)均由兩個(gè)或多個(gè)流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件；其主要區(qū)別在于雙向彎曲的柔性關(guān)節(jié)的鉸鏈骨架為板鉸鏈9，而多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)的鉸鏈骨架為萬向節(jié)13。
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)用新型雙向或多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)采用萬向節(jié)13或板鉸鏈9為關(guān)節(jié)骨架，波殼3受流體壓力作用后膨脹作為肌肉動(dòng)力。工作時(shí)，對外作用力隨各關(guān)節(jié)肌肉空腔內(nèi)的流體壓力增大而增大；受沖擊時(shí)，較好的緩沖作用。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)。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)用新型的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)的C處放大圖圖4為本實(shí)用新型的雙向彎曲關(guān)節(jié)頭的D-D剖視圖圖5為本實(shí)用新型的雙向彎曲關(guān)節(jié)的主剖視圖圖6為本實(shí)用新型的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的E-E剖視圖圖7為本實(shí)用新型的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的主剖視圖具體實(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、板鉸鏈9、導(dǎo)向塊10、軸頸11、正多邊形底座12、萬向節(jié)13、導(dǎo)向方槽14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；萬向節(jié)13為十字形萬向節(jié)或球形萬向節(jié)(本實(shí)用新型附圖1、2、3中只表示了十字形萬向節(jié))，萬向節(jié)13中的鉸鏈數(shù)可為1～40付；正多邊形底座12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12的邊數(shù)可為3～20。
如附圖6、7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4、5所示的雙向彎曲柔性關(guān)節(jié)板鉸鏈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14內(nèi)。
如附圖1、2、3所示的多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)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，固定在兩端的正多邊形底座12，正多邊形底座12的邊數(shù)等于流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的個(gè)數(shù)；萬向節(jié)13(可為十字形萬向節(jié)或球形萬向節(jié)，附圖中表示的是十字形萬向節(jié))的兩端由螺母與正多邊形底座12緊固，同時(shí)萬向節(jié)13兩端的軸頸11與正多邊形底座12中間孔的配合是間隙配合。
下面為本實(shí)用新型的工作原理及工作過程本實(shí)用新型雙向或多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)的工作原理受流體壓力作用，波殼3軸向伸長，因受板鉸鏈9或萬向節(jié)13的軸向限制而產(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)生不同的彎曲驅(qū)動(dòng)力、或改變彎曲的方向。
本實(shí)用新型雙向或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)；根據(jù)反饋信號，由計(jì)算機(jī)控制，關(guān)閉進(jìn)口閥，保證關(guān)節(jié)彎曲角度和維持對外作用力；接通出口閥和彎曲反方向的流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的進(jìn)口閥，關(guān)節(jié)恢復(fù)伸直，釋放抓取物。關(guān)節(jié)彎曲、伸直的快慢速度由管路系統(tǒng)的節(jié)流閥控制。
權(quán)利要求1.本實(shí)用新型涉及鉸鏈?zhǔn)诫p向或多方向彎曲柔性關(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；板鉸鏈(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(14)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(12)上，萬向節(jié)(13)的兩端由螺母與正多邊形底座(12)緊固，并且萬向節(jié)(13)兩端的軸頸(11)與正多邊形底座(12)中間孔的配合是間隙配合，形成多向彎曲柔性關(guān)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸鏈?zhǔn)诫p向或多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)，其特征在于對于多向彎曲柔性關(guān)節(jié)，萬向節(jié)(13)是十字形萬向節(jié)或球形萬向節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸鏈?zhǔn)诫p向或多方向彎曲柔性關(guān)節(jié)，其特征在于對于多向彎曲柔性關(guān)節(jié)，正多邊形底座(12)的邊數(shù)等于流體驅(qū)動(dòng)肌肉組件的個(gè)數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及鉸鏈?zhǔn)诫p向或多方向彎曲柔性關(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，采用十字形萬向節(jié)、或球形萬向節(jié)、或板鉸鏈為關(guān)節(jié)骨架，工作時(shí)，對外作用力隨關(guān)節(jié)肌肉空腔內(nèi)的流體壓力增加而增加；受沖擊時(shí)，有較好的緩沖作用。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)；易建立數(shù)學(xué)模型，動(dòng)態(tài)控制精度高。
文檔編號B25J17/00GK2783952SQ20052006824
公開日2006年5月31日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月10日
發(fā)明者章軍, 須文波, 呂兵 申請人:江南大學(xué)