專利名稱：流體驅動的單自由度柔性彎曲關節的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流體驅動的單自由度柔性彎曲關節，此關節為單自由度彎曲，具有柔性好、動作靈敏的特點，可用作機械手、機器人或殘疾人假肢的各類彎曲關節，屬于機械手、機器人或殘疾人假肢等應用技術領域。
背景技術：
本發明作出以前，在已有技術中，對于彎曲關節來說一般以各類電機或液氣壓為動力，采用各種機械結構，或液氣壓缸和馬達，或以它們的組合為執行元件；各方式均是剛性結構，結構復雜，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)的彎曲關節，由于橡膠壁的軸向、徑向都要膨脹，但徑向膨脹是浪費能量，且對橡膠壁的彎曲變形無法得到較精確數學模型，因此動態控制效果不好，動作不夠靈敏。
發明內容
本發明的目的在于克服上述不足之處，本發明柔性關節以流體驅動，以彈性波殼的受力膨脹為動力，關節的彎曲角度與彈性波殼內腔的流體壓力有關；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，關節回復伸直；克服彈性元件的作用，關節彎曲并抓取物品，對外作用力隨彈性波殼內腔的流體壓力增加而增加；可根據使用要求，更換不同種類或剛性的彈性元件，得到不同的靜、動態性能。關節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/質量比小，耗能小的特點；同時易建立關節彎曲角度與流體壓強的關系，控制模型簡單，動態控制精度高。
本發明的主要解決方案是這樣實現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進入彈性波殼6的內腔，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13兩端鉤在兩個鉤軸12孔內，兩個鉤軸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，調整墊片2的厚度可調節指套1的旋轉相位；頭座3a和尾座8a的螺紋是相同的，指套1也通過調整墊片2旋在尾座8a。
第二種方案是不用拉彈簧13，而用彈性條16穿過兩個鉤軸12，彈性條16兩端再被鎖片17卡緊的方式，其余結構同第一種方案。
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，其余結構同第一種方案。
本發明與已有技術相比具有以下優點本發明流體驅動的單自由度柔性彎曲關節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，關節的彎曲角度與彈性波殼內腔的流體壓力有關；克服彈性元件的作用，關節彎曲并抓取物品，對外作用力隨彈性波殼內腔的流體壓力增加而增加；靠彈性元件的作用，關節回復伸直；可根據使用要求，更換不同種類和剛性的彈性元件，得到不同的靜、動態性能。關節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占用的流體空間之比)，功率/質量比小，耗能小的特點；同時易建立彎曲變形角度與流體壓強的關系，控制模型簡單，動態控制精度高。
圖1為本發明柔性彎曲關節方案一的主剖視2為本發明柔性彎曲關節方案一的A-A剖視3為本發明柔性彎曲關節方案一的B處放大4為本發明柔性彎曲關節方案二的主剖視5為本發明柔性彎曲關節方案三的主剖視6為本發明柔性彎曲關節方案三的C-C剖視7為本發明柔性彎曲關節板鉸鏈的主剖視8為本發明柔性彎曲關節板鉸鏈的俯視9為本發明柔性彎曲關節板扭彈簧的主視10為本發明柔性彎曲關節板扭彈簧的左視圖
具體實施例方式下面本發明將結合附圖中的實施例作進一步描述本發明主要由指套1、調整墊片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、環形緯絲14、經絲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構成的封閉空腔；流體通過軟管10和接頭11進入關節空腔，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13兩端鉤在兩個鉤軸12孔內，兩個鉤軸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處于自由狀態時，關節是伸直的；指套1旋在頭座3a上，調整墊片2的厚度可調節指套1的旋轉相位；頭座3a和尾座8a的螺紋是相同的，指套1也通過調整墊片2旋在尾座8a，用以裝配第二個柔性關節，形成多關節機械手。板鉸鏈7的結構如附圖7、8所示。
如附圖3所示，彈性波殼6單節縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等，內有或沒有加強用的環形緯絲14和纏繞環形緯絲14的、沿輪廓分布的經絲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穿過兩個鉤軸13，彈性條16兩端再被鎖片17卡緊，其余結構同第一種方案。
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，其余結構同第一種方案。扭彈簧18的結構如附圖9、10所示。
下面為本發明的工作原理及工作過程本發明流體驅動的單自由度柔性彎曲關節，可組成多關節機械手的手指，每個彎曲關節各有一套管路系統；控制系統根據管路系統的壓力變送器傳遞壓力信號，比較預先設定的值，由計算機控制關閉進口閥，保證各關節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，彈性波殼內腔的流體排出，關節伸直，釋放抓取物。關節彎曲、回復的快慢速度由管路系統的節流閥控制。
權利要求
1.本發明涉及一種流體驅動的單自由度柔性彎曲關節，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)進入彈性波殼(6)的內腔，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)兩端鉤在兩個鉤軸(12)孔內，兩個鉤軸(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，調整墊片(2)的厚度可調節指套(1)的旋轉相位；頭座(3a)和尾座(8a)的螺紋是相同的，指套(1)也通過調整墊片(2)旋在尾座(8a)。
2.一種流體驅動的單自由度柔性彎曲關節，其特征在于用彈性條(16)替換前述方案的結構中的螺旋彈簧(13)，即用彈性條(16)穿過兩個鉤軸(12)，彈性條(16)兩端再被鎖片(17)卡緊，其余結構同前述方案。
3.一種流體驅動的單自由度柔性彎曲關節，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，其余結構同前述方案。
4.根據權利要求1或2或3所述的流體驅動的單自由度柔性彎曲關節，其特征在于彈性波殼(6)的單節縱截面形狀是“V”、“U”、“Ω”等波紋管，內有或沒有加強用的環形緯絲(14)和纏繞環形緯絲(14)的、沿輪廓分布的經絲(15)。
全文摘要
本發明涉及流體驅動的單自由度柔性彎曲關節，可用作機械手、機器人或殘疾人假肢的各類彎曲關節，屬于機械手、機器人或殘疾人假肢等應用技術領域；本發明柔性關節以流體驅動，以彈性波殼的受力膨脹為動力，關節的彎曲角度與彈性波殼內腔的流體壓力有關；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，關節回復伸直；可根據使用要求，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/質量比小，耗能小的特點；同時易建立彎曲變形角度與流體壓強的關系，控制模型簡單，動態控制精度高。
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 優先權日2005年5月19日
發明者章軍, 須文波, 陳安軍, 范本雋, 曹偉明, 呂兵 申請人:江南大學