[發明專利]柔順性的異形彈性波紋管的人工肌肉

有效

• 申請號: 200710019601.7
• 申請日: 2007-01-18
• 公開（公告）號: CN101224580A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 章軍;須文波;呂兵
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J13/00;B23Q5/00;B23Q1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及柔順性的異形彈性波紋管的人工肌肉，此人工肌肉由流體驅動，可用作機器人的手指、手腕、膝蓋、肩肘和腳腕等關節的驅動元件、或并聯機床的驅動器，作為自動化設備的執行機構，這種柔順性的異形彈性波紋管的人工肌肉，具有快速敏捷的適應性、根據內外部載荷而順應變形的柔順性、較大的功率/(體積*質量)比、易彎曲的特性和一定的緩沖性，屬于機器人、機器和機床的應用技術領域。

背景技術：

本發明以前，在已有技術中，現有的彈性波紋管的人工肌肉均為圓柱形，彈性波紋管為橡膠材料，彈性波紋管的壁內夾有起加強作用的經、緯加強絲，經、緯加強絲編織纏繞在一起(組合肌肉式多方向彎曲的柔性關節，專利申請號：200510037889.1)。由于整體是圓柱形，因此有以下缺陷：(1)安裝在鉸鏈骨架上時，受到圓柱形彈性波紋管中間部分的限制，關節的彎曲角度較小；(2)圓柱形彈性波紋管的內腔體積較大，尤其是它的整體彎曲角度需要較多內腔流體體積增加量；(3)雖然采用了編織纏繞的經、緯加強絲，但彈性波紋管的承載能力還不夠大。

發明內容：

本發明的目的在于克服上述不足之處，本發明的具有柔順性的膨脹型異形彈性波紋管人工肌肉，主要內容有：(1)采用左右對稱的雙圓錐形的異形彈性波紋管，由于其中間部分較細，有較大的空間，使關節具有更大的彎曲角度(見附圖12)；由于具有更小的彈性波紋管內腔體積，它的整體彎曲角度的增加僅需要較少內腔流體體積增加量；相同的材質和壁厚時，細的中間部分可承載更大的內腔壓力。(2)有從圓形到橢圓形，從小的橢圓長、短徑比，到大的橢圓長、短徑比的不同的環箍，這些環箍安裝在彈性波紋管的不同直徑的波谷圓處，提高彈性波紋管的承載能力。(3)在雙圓錐形的基礎上，在許用承載能力(內腔流體壓力)條件下，橢圓形的環箍是剛性的、保持不變形；越是中間部分的波谷圓，被相同周長的橢圓形的環箍限制得越扁(內腔未加壓流體時，橢圓形的環箍在波谷圓部位正好貼合，限制彈性波紋管的波谷圓成橢圓形。)，這進一步減小了異形彈性波紋管在關節彎曲方向的尺寸，進一步增加了關節的彎曲角度。(4)有圓形、橢圓形、V形、半環形和U形五種截面形狀的環箍。

本發明的主要解決方案是這樣實現的：

采用左右對稱的雙圓錐形的異形彈性波紋管，附圖1、2和4分別給出了不等腰三角形波形的彈性波紋管9，傾斜等腰三角形波形的彈性波紋管15，和不等邊U形波形的彈性波紋管16三種形式。

這三種彈性波紋管的內部結構均可以是高分子材料2直接形成波紋管的內層、橡膠1在外層整體覆層(如附圖3所示)。

這三種彈性波紋管的內部結構還可以是經絲4與緯絲3的編織定形后，內外再先后注橡膠1成形(如附圖5所示)，經絲4與緯絲3的材料可以是一般強度鋼絲簾線(抗拉強度為2500MPa)，高強度(HT)鋼絲簾線(抗拉強度為3250MPa)，超高強度(ST)鋼絲簾線(抗拉強度為3650MPa)，極高強度(UT)鋼絲簾線(抗拉強度為3900～4000MPa)，PTFE高強度縫紉線，高強度尼龍絲，高強度碳纖維絲、高強度聚丙烯絲，冷拉高強度不銹鋼絲。

除了不等腰三角形波形的彈性波紋管9，傾斜等腰三角形波形的彈性波紋管15，和不等邊U形波形的彈性波紋管16三種基本形式之外，還可以裝配不同的環箍，來加強彈性波紋管承載和限制彈性波紋管的波谷圓成橢圓形。彈性波紋管的內腔未加壓流體時，橢圓形的環箍在波谷圓部位正好貼合，限制彈性波紋管的波谷圓成橢圓形，減小異形彈性波紋管在關節彎曲方向的尺寸。

如附圖6所示，對于不等腰三角形波形的彈性波紋管9，從最大波谷圓到最小波谷處，依次采用圓形的環箍，小的橢圓長、短徑比，到大的橢圓長、短徑比的橢圓形的環箍，來加強彈性波紋管承載和限制彈性波紋管的波谷圓成橢圓形。如附圖6、7所示，環箍5的形狀可以是圓形、橢圓形，環箍5的截面可以是圓形、橢圓形，V形、半環形、U形。

如附圖8所示，對于傾斜等腰三角形波形的彈性波紋管15，從最大波谷圓到最小波谷處，依次采用圓形的環箍，小的橢圓長、短徑比，到大的橢圓長、短徑比的橢圓形的環箍，來加強彈性波紋管承載和限制彈性波紋管的波谷圓成橢圓形。如附圖8、9所示，環箍5的形狀可以是圓形、橢圓形，環箍5的截面可以是圓形、橢圓形，V形、半環形、U形。