[發(fā)明專利]基于氣動柔性驅(qū)動器的側(cè)擺關節(jié)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810122004.1
• 申請日: 2008-11-03
• 公開（公告）號: CN101402201A
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發(fā)明（設計）人: 張立彬;王志恒;鮑官軍;楊慶華;劉乃新
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J3/04
• 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

技術領域

本發(fā)明涉及一種機器人靈巧手的側(cè)擺關節(jié)。

背景技術

隨著現(xiàn)代機器人技術的飛速發(fā)展，機器人的應用領域不斷的擴大。傳統(tǒng)的機器人專用末端夾持器已經(jīng)不能再滿足機器人復雜的操作任務，機器人擬人多指靈巧手應運而生。以人手為設計根據(jù)，機器人多指靈巧手手指不僅要實現(xiàn)屈曲運動(彎曲運動)，而且要實現(xiàn)側(cè)擺運動。因此，側(cè)擺關節(jié)的設計是機器人多指靈巧手設計的一個關鍵技術，關節(jié)的尺寸、結(jié)構(gòu)以及靈巧程度直接影響到機器人多指靈巧手的尺寸和功能。

目前，機器人多指靈巧手的側(cè)擺關節(jié)主要有兩種。1、采用電機驅(qū)動，以齒輪傳動，這種側(cè)擺關節(jié)機械結(jié)構(gòu)復雜，功率自重比小，控制比較困難；2、采用氣動人工肌肉驅(qū)動，以人工腱傳動，這種側(cè)擺關節(jié)結(jié)構(gòu)相對簡單，但是由于氣動人工肌肉和側(cè)擺關節(jié)分離，通過人工腱驅(qū)動關節(jié)轉(zhuǎn)動，腱傳動系統(tǒng)中存在摩擦、松弛以及能量損耗的問題無法避免。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有的機器人靈巧手側(cè)擺關節(jié)的結(jié)構(gòu)復雜、柔性差、適用性差的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、具有很好的柔性、適用性好的基于氣動柔性驅(qū)動器的側(cè)擺關節(jié)。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于氣動柔性驅(qū)動器的側(cè)擺關節(jié)，所述側(cè)擺關節(jié)包括兩個氣動柔性驅(qū)動器和一個軸向可伸縮鉸鏈，所述的軸向可伸縮鉸鏈由兩個活動構(gòu)件通過腰槽結(jié)構(gòu)形成的一個可伸縮的轉(zhuǎn)動副；所述的活動構(gòu)件與氣動柔性驅(qū)動器前后端蓋連接，所述兩個氣動柔性驅(qū)動器的軸線平行并垂直于鉸鏈銷軸軸線；

所述氣動柔性驅(qū)動器包括前后兩個端蓋、一個橡膠管以及一個管接頭，所述的橡膠管兩端分別與前端蓋、后端蓋密封聯(lián)接，前端蓋上還設有一個與大氣相連接的通孔，所述的管接頭安裝在前端蓋上，所述的橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著粗橡膠管的徑向螺旋密繞在粗橡膠管的內(nèi)壁中。

作為優(yōu)選的一種方案：所述的軸向可伸縮鉸鏈包括兩個T型剛性連接件和一個銷軸，上T型剛性連接件上端與氣動柔性驅(qū)動器的端蓋固定連接，上T型剛性連接件下端設有圓孔，所述圓孔上安裝銷軸，下T型剛性連接件的上端設有長孔，所述銷軸穿過所述長孔，下T型剛性連接件的下端與氣動柔性驅(qū)動器的另一端蓋固定連接。

進一步，所述前后端蓋上分別設有臺階軸，T型剛性連接件上分別左右對稱設有兩個定位孔，所述定位孔和氣動柔性驅(qū)動器前后端蓋上的定位臺階軸配合。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：1、可以實現(xiàn)側(cè)擺運動，安裝在機器人多指靈巧手上可以模擬人手的側(cè)運動；2、采用氣動柔性驅(qū)動器直接驅(qū)動，不需要附加任何傳動減速機構(gòu)，摩擦力小，能量損失低；3、尺寸更易小性化，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，加工方便、裝配以及修理維護簡便、成本低廉；4、采用氣動柔性驅(qū)動器驅(qū)動使其具有很好的柔性和適應性，且容易控制；5、適用性好。

附圖說明

圖1是側(cè)擺關節(jié)的立體圖。

圖2是側(cè)擺關節(jié)各個構(gòu)件聯(lián)接示意圖。

圖3是側(cè)擺關節(jié)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4是側(cè)擺關節(jié)向右側(cè)擺某一工作狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖4，一種基于氣動柔性驅(qū)動器的側(cè)擺關節(jié)，所述側(cè)擺關節(jié)包括兩個氣動柔性驅(qū)動器1和一個軸向可伸縮鉸鏈，且兩個氣動柔性驅(qū)動器1的軸線平行并垂直于鉸鏈銷軸4軸線；

所述的氣動柔性驅(qū)動器1包括前端蓋13、后端蓋14以及橡膠管11，所述的橡膠管11的兩端分別與前端蓋13、后端蓋11密封聯(lián)接，其中前后端蓋13、14分別設有定位臺階軸，且前端蓋13上設有一個與大氣相連通的通孔與管接頭5通過螺紋固定聯(lián)接，所述的橡膠管11管壁中嵌套有螺旋鋼絲12且螺旋鋼絲是沿著橡膠管11的徑向螺旋密繞在橡膠管11的內(nèi)壁中，當高壓氣體通過管接頭5進入橡膠管11內(nèi)腔，由于螺旋鋼絲12的徑向限制作用，在壓縮氣體的壓力下，橡膠管11與螺旋鋼絲12發(fā)生軸向形變，而其徑向變形可以忽略，從而產(chǎn)生驅(qū)動效果。

所述的軸向可伸縮鉸鏈包括T型剛性聯(lián)接件2、3和一個銷軸4。上T型剛性連接件2下端設有圓孔，所述圓孔上安裝銷軸4，下T型剛性連接件3的上端設有長孔，所述銷軸4穿過所述長孔。所述的軸向可伸縮鉸鏈是由兩個T型剛性聯(lián)接件2、3通過腰槽結(jié)構(gòu)與一個銷軸4形成的轉(zhuǎn)動副。

所述氣動柔性驅(qū)動器1的前后端蓋13、14上分別設有臺階定位軸；所述T型剛性連接件2、3上分別左右對稱設有兩個定位孔，所述定位孔和氣動柔性驅(qū)動器1前后端蓋13、14上的定位臺階軸配合。

基于氣動柔性驅(qū)動器驅(qū)動的側(cè)擺關節(jié)的工作原理是：在發(fā)生側(cè)擺運動前，由于橡膠管11的不可壓縮性，要預先向側(cè)擺關節(jié)的兩個氣動柔性驅(qū)動器1的內(nèi)腔中通入相同壓力的壓縮空氣，在等壓氣體的作用下，兩個氣動柔性驅(qū)動器1發(fā)生相同的軸向伸長，又由于T型剛性聯(lián)接件2、3之間是軸向可伸縮的鉸鏈轉(zhuǎn)動副，故兩個氣動柔性驅(qū)動器1將推動T型剛性連接件2、3軸向伸長直至銷軸4兩端與T型剛性連接3的長孔上端接觸為止，預充氣的目的在于使得兩個氣動柔性驅(qū)動器1的橡膠管11分別有一定的預伸長量便于側(cè)擺關節(jié)發(fā)生側(cè)擺運動；預充氣結(jié)束后，通過改變兩個氣動柔性驅(qū)動器1內(nèi)腔的壓縮空氣的壓力，使得兩個驅(qū)動器1的橡膠管11發(fā)生不同的伸長，從而可以實現(xiàn)側(cè)擺關節(jié)的左右擺動，當左邊驅(qū)動器的內(nèi)腔氣壓大于右邊驅(qū)動器的內(nèi)腔氣壓時，側(cè)擺關節(jié)向右擺動，反之向左擺動；當減小壓縮空氣的壓力，兩邊的氣動柔性驅(qū)動器1在橡膠管11以及螺旋鋼絲12的回彈力作用下收縮，從而帶動側(cè)擺關節(jié)恢復原狀?；跉鈩尤嵝则?qū)動器驅(qū)動的側(cè)擺關節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍為-20°～20°，其剛性好，結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化，拆裝維護方便，動作靈活，具有較大的實施價值。