[實用新型]基于弧形氣動缸的氣動柔性球關節

無效

• 申請號: 200720184691.0
• 申請日: 2007-10-19
• 公開（公告）號: CN201109119Y
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 張立彬;李尚會;楊慶華;鮑官軍;王志恒;壽華梁
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 王兵;王利強

(一)技術領域

本實用新型是球關節，屬于氣動柔性球關節，適用于設計制作柔性機械手等場合。

(二)背景技術

當今世界，電機驅動機器人和液壓驅動機器人的驅動部件大都是作往復運動或旋轉運動。當它們被用來制作機器人的關節時，通常必需有一套機械裝置，把往復或旋轉運動轉換成所要求的其他運動方式。這種方式設計的機器人關節可能具有高精確度、大輸出功率等優點；但這些設計往往體積大、結構復雜以及價格昂貴，而且靈活性也遠遠落后于人體的關節。

靈巧機器人的應用前景已得到人們的普遍認可，又由于當代機器人驅動部件存在以上缺點，所以靈巧機器人驅動部件的研究成為機器人設計者關注的重點，機器人工程師正在尋求新型的驅動部件以取代舊的驅動部件。

如專利申請號為03141627.6，實用新型名稱為一種氣動柔性球關節的中國實用新型專利申請，公開了一種球關節，包括封蓋、封接頭、橡膠管、緊固圈，封蓋上間隔120度設有三個螺紋孔，另一個封蓋上間隔120度設有三個臺階孔，且臺階孔的大孔為螺紋孔，三根相同橡膠管的左右兩端分別與兩種不同結構的封接頭連接，緊固圈緊固在橡膠外面，其更好的密封作用，封接頭通過螺紋與封蓋連接，而與臺階孔封蓋相連的封接頭中心設有通孔，使得橡膠管內腔與大氣相通。這一實用新型提出了機器人球關節一種新的結構，并在一定程度上提高了球關節的靈活性，但是，該球關節的運動是通過三根橡膠管內氣壓的不同和橡膠的伸縮性共同作用下實現的。因為該實用新型才用的是直線型橡膠組合的結構，所以剛性差，并在一定程度上限制了該球關節的運動效果，不利于對該球關節實現精確的控制，所以該設計存在一定的缺點：剛性差，結構不合理，運動效果差，精確控制較難。

(三)發明內容

為了克服已有的機器人球關節的剛性差、結構不合理、運動效果差、精確控制較難的不足，本實用新型提供一種剛性好，結構簡單合理、運動效果良好、精確控制容易，且易于小型化的基于弧形氣動缸的氣動柔性球關節。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于弧形氣動缸的氣動柔性球關節，包括至少三個弧形氣動柔性氣缸、上轉盤、下固定盤、球殼和半球殼，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壁中，所述弧形橡膠管外側的彈簧匝數的密度比內側彈簧匝數密度小；

所述半球殼可轉動地套裝在球殼上，所述的半球殼與上轉盤固定連接，所述的球殼固定連接下固定盤，在上轉盤和下固定盤之間安裝至少三個弧形氣動柔性氣缸，所述至少三個弧形氣動柔性氣缸在球面上呈均勻分布；

所述每個弧形氣動柔性氣缸的兩端分別密封安裝第一端蓋、第二端蓋，所述第一端蓋與下固定盤固定連接，所述第一端蓋上設有與外界大氣連通的通孔，所述第二端蓋與上轉盤固定連接。

作為優選的一種方案：所述的弧形氣動柔性氣缸有三個，所述三個弧形氣動柔性氣缸在球面上呈120度均勻分布。

或者是：所述的弧形氣動柔性氣缸有四個，所述四個弧形氣動柔性氣缸在球面上呈90度均勻分布。

又或者是：所述的弧形氣動柔性氣缸有六個，所述六個弧形氣動柔性氣缸在球面上呈60度均勻分布。

本實用新型的技術構思為：采用弧形氣動柔性氣缸來實現關節運動，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壁中，由于弧形橡膠管外側的弧長比內側弧長長，故其外側的彈簧匝數的密度要比內側彈簧匝數密度小。弧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，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生徑向變形；當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。

通過控制氣動柔性球關節的弧形氣動柔性氣缸的充氣壓力的大小來最終控制空間中球關節各角度的大小。

本實用新型的有益效果主要表現在：1、剛性好；2、結構簡單合理，尺寸小，易于小型化；2、動作靈活，運動效果好，具有較大的實施價值。

(四)附圖說明

圖1是弧形氣動缸的氣動柔性球關節的初始狀態結構示意圖。

圖2是圖1的A-A示意圖。

圖3是弧形氣動缸的氣動柔性球關節的工作狀態結構示意圖。

圖4是圖3的俯視圖。

圖5是弧形氣動柔性氣缸的示意圖。

圖6是弧形橡膠管的放大示意圖。