專利名稱：基于弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是彎曲關(guān)節(jié)，屬于氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)，適用于設(shè)計制作柔性機械 手等場合。
技術(shù)背景當(dāng)今世界，電機驅(qū)動機器人和液壓驅(qū)動機器人的驅(qū)動部件大都是作往復(fù)運動 或旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)它們被用來制作機器人的關(guān)節(jié)時，通常必需有一套機械裝置，把 往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成所要求的其他運動方式。這種方式設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)可能 具有高精確度、大輸出功率等優(yōu)點；但這些設(shè)計往往體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及價格 昂貴，而且靈活性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于人體的關(guān)節(jié)。靈巧機器人的應(yīng)用前景已得到人們的普遍認(rèn)可，又由于當(dāng)代機器人驅(qū)動部件 存在以上缺點，所以靈巧機器人驅(qū)動部件的研究成為機器人設(shè)計者關(guān)注的重點， 機器人工程師正在尋求新型的驅(qū)動部件以取代舊的驅(qū)動部件。如專利申請?zhí)枮镃N200510038743.91， 一種螺旋彈簧式人工肌肉的柔性關(guān)節(jié)， 其流體驅(qū)動人工肌肉的特征是彈性波紋管總成由彈性波紋管、扣緊外殼、法蘭 內(nèi)套、連接螺母構(gòu)成；彈性波紋管總成的連接螺母旋轉(zhuǎn)，經(jīng)密封墊，將彈性波紋 管從兩端密封地安裝在頭座和尾座的螺紋上，形成封閉的關(guān)節(jié)空腔；流體通過管 接頭進(jìn)入關(guān)節(jié)空腔，管接頭與尾座間有密封圈密封；頭座和尾座上的削扁處各有 兩個相同的螺紋孔，作為人工肌肉組件與其他零件裝配聯(lián)接孔；螺旋彈簧兩端伸 出的彈簧絲由壓板壓緊，壓板由兩個螺釘固定在墊塊上?？劬o外殼位于氣缸的外 側(cè)，具有約束作用，限制氣缸的徑向移動。該結(jié)構(gòu)通過扣緊外殼來限定柔性氣缸的運動，存在的缺點結(jié)構(gòu)不合理，不易于小型化，靈活性差。 實用新型內(nèi)容為了克服已有的機器人彎曲關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)不合理、不易于小型化、靈活性差的 不足,本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、易于小型化、具有良好靈活性的基于弧 形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)，包括弧形氣動柔性氣缸、前固定 件以及后固定件，所述弧形氣動柔性氣缸包括弧形橡膠管、彈簧鋼絲，所述彈簧 鋼絲沿著弧形橡膠管的徑向螺旋密繞在其橡膠管的內(nèi)壁中，所述弧形橡膠管外側(cè) 的彈簧匝數(shù)的密度比內(nèi)側(cè)彈簧匝數(shù)密度小；所述的前固定件與后固定件連接可轉(zhuǎn) 動地連接，在所述的前后固定件之間安裝弧形氣動柔性氣缸；所述的氣動柔性氣 缸的兩端分別安裝第一封蓋、第二封蓋，所述第一封蓋與前固定件固定連接，所 述第二封蓋與后固定件固定連接，所述第二封蓋上設(shè)有與外界大氣連通的通孔。作為優(yōu)選的一種方案所述的前固定件、后固定件上個安裝一個約束圓弧片， 所述的約束圓弧片的形狀與所述弧形橡膠管的外側(cè)匹配。進(jìn)一步，所述的前固定件通過鉸鏈或彈片與后固定件連接。 本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為采用弧形氣動柔性氣缸來實現(xiàn)關(guān)節(jié)彎曲，彈簧鋼 絲是沿著弧形橡膠管的徑向螺旋密繞在其橡膠管的內(nèi)壁中，由于弧形橡膠管外側(cè) 的弧長比內(nèi)側(cè)弧長長，故其外側(cè)的彈簧匝數(shù)的密度要比內(nèi)側(cè)彈簧匝數(shù)密度小?；?形氣動柔性氣缸的工作原理是:通過端蓋的通孔把壓縮空氣通入到弧形橡膠管內(nèi)， 在壓縮空氣壓力的作用下，由于弧形橡膠管固有弧形，使得弧形橡膠管和彈簧鋼 絲只能沿著弧形伸長，又由于彈簧鋼絲的徑向限制作用，從而保證了弧形氣動柔 性氣缸在變形過程中不會發(fā)生徑向變形；當(dāng)減小壓縮空氣的壓力，由于弧形橡膠管和彈簧鋼絲的回彈作用，弧形氣動柔性氣缸會沿著弧形收縮。通過控制弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)的充氣壓力的大小來最終控制彎曲 角度的大小。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、結(jié)構(gòu)簡單合理，尺寸小，易于小型化; 2、動作靈活，剛性好，具有較大的實施價值。


圖1是基于弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)的初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1的A面剖視圖。圖3是基于弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)的工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是弧形氣動柔性氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是弧形橡膠管的放大示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。參照圖1 圖3， 一種基于弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)，由前固定件l、 第一封蓋2、弧形氣動柔性氣缸3、前約束圓弧6、后約束圓弧7、第二封蓋8、 后固定件9和鉸鏈10所組成，弧形氣動柔性氣缸3的左右兩端分別與第一封蓋2、 第二封蓋8密封連接，弧形氣動柔性氣缸由于其固有的弧形，從而在旋轉(zhuǎn)中可以 保證它能沿弧形伸長或收縮；第二封蓋8有一通孔和外界大氣連通，第一封蓋2 一端是封閉的，第一封蓋與前固定件1固定連接，前固定件上固定連接前圓弧約 束片6，第二封蓋8與后固定件9固定連接，后固定件上固定連接后圓弧約束片7， 前固定件與后固定件通過鉸鏈10連接，前固定件1和前圓弧約束片6能夠相對于 后固定件9和后圓弧約束片7轉(zhuǎn)動。參照圖4、圖5，弧形氣動柔性氣缸由弧形橡膠管4、彈簧鋼絲5組成；第一封蓋2、第二端蓋8通過強力膠固定密封連接在弧形橡膠管4的兩端，也可以以 其它方式進(jìn)行密封連接，第二端蓋8有一通孔和外界大氣連通，第一端蓋2—端 是封閉的；彈簧鋼絲5是沿著弧形橡膠管4的徑向螺旋密繞在其橡膠管的內(nèi)壁中， 由于弧形橡膠管4外側(cè)的弧長比內(nèi)側(cè)弧長長，故其外側(cè)的彈簧匝數(shù)的密度要比內(nèi) 側(cè)彈簧匝數(shù)密度小?；⌒螝鈩尤嵝詺飧?的工作原理是通過第二封蓋2的通孔 把壓縮空氣通入到弧形橡膠管4內(nèi)，在壓縮空氣壓力的作用下，由于弧形橡膠管 4的固有弧形，使得弧形橡膠管4和彈簧鋼絲5只能沿著弧形伸長，又由于彈簧 鋼絲5的徑向限制作用，從而保證了弧形氣動柔性氣缸3在變形過程中不會發(fā)生 徑向變形；當(dāng)減小壓縮空氣的壓力，由于弧形橡膠管4和彈簧鋼絲5的回彈作用， 弧形氣動柔性氣缸3會沿著弧形收縮?；⌒螝鈩尤嵝詺飧?，其結(jié)構(gòu)簡單，尺寸 小，易于小型化，動作靈活，剛性好，具有較大的實施價值。本實施例的工作過程為當(dāng)向弧形氣動柔性氣缸3中通入壓縮氣體時，氣缸 伸長變形，前固定件1將在弧形氣動柔性氣缸3的推動下繞鉸鏈10相對于后固定 件旋轉(zhuǎn)一個角度a，如圖3所示。通過控制一種氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)的充氣壓力的 大小來最終控制彎曲角度的大小。在初始階段，弧形氣動柔性氣缸3處于自然長 度狀態(tài)，即伸長量為零，如附圖l所示；然后向弧形氣動柔性氣缸3都通入壓強 為戶的壓縮空氣，弧形氣動柔性氣缸3由于受到氣體壓力作用而變形伸長，由于 弧形氣動柔性氣缸3的一端與前固定件1相連，與后固定件9脫開；而另一端與 后固定件9脫開，與前固定件1相連，因此前固定件1將在弧形氣動柔性氣缸3 的推動下，繞鉸鏈10相對于后固定件9旋轉(zhuǎn)一個角度ot，如圖3。
權(quán)利要求1、一種基于弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于所述氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)包括弧形氣動柔性氣缸、前固定件以及后固定件，所述弧形氣動柔性氣缸包括弧形橡膠管、彈簧鋼絲，所述彈簧鋼絲沿著弧形橡膠管的徑向螺旋密繞在其橡膠管的內(nèi)壁中，所述弧形橡膠管外側(cè)的彈簧匝數(shù)的密度比內(nèi)側(cè)彈簧匝數(shù)密度??；所述的前固定件與后固定件連接可轉(zhuǎn)動地連接，在所述的前后固定件之間安裝弧形氣動柔性氣缸；所述的氣動柔性氣缸的兩端分別安裝第一封蓋、第二封蓋，所述第一封蓋與前固定件固定連接，所述第二封蓋與后固定件固定連接，所述第二封蓋上設(shè)有與外界大氣連通的通孔。
2、 如權(quán)利要求l所述的基于弧形氣動缸的氣動彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于所述的 前固定件、后固定件上個安裝一個約束圓弧片，所述的約束圓弧片的形狀與所述 弧形橡膠管的外側(cè)匹配。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的基于弧形氣動缸的氣動彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于所述 的前固定件通過鉸鏈或彈片與后固定件連接。
專利摘要一種基于弧形氣動缸的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)，包括弧形氣動柔性氣缸、前固定件以及后固定件，所述弧形氣動柔性氣缸包括弧形橡膠管、彈簧鋼絲，所述彈簧鋼絲沿著弧形橡膠管的徑向螺旋密繞在其橡膠管的內(nèi)壁中，所述弧形橡膠管外側(cè)的彈簧匝數(shù)的密度比內(nèi)側(cè)彈簧匝數(shù)密度?。凰龅那肮潭c后固定件連接可轉(zhuǎn)動地連接，在所述的前后固定件之間安裝弧形氣動柔性氣缸；所述的氣動柔性氣缸的兩端分別安裝第一封蓋、第二封蓋，所述第一封蓋與前固定件固定連接，所述第二封蓋與后固定件固定連接，所述第二封蓋上設(shè)有與外界大氣連通的通孔。本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、易于小型化、具有良好靈活性的氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)。
文檔編號B25J17/00GK201109118SQ200720184690
公開日2008年9月3日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者吳佳藝, 周小燕, 張立彬, 慎石磊, 李尚會, 楊慶華, 鮑官軍 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)