[實用新型]一種用于仿生機械和機器人肢體的單向彎曲柔性關節器件

有效

• 申請號: 201220233137.8
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN202592389U
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 耿德旭;張金濤;劉曉敏;武廣斌
• 申請（專利權）人: 北華大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 北京神州華茂知識產權代理有限公司 11358
• 代理人: 李建華

技術領域

本實用新型涉及一種機器人肢體用柔性關節元器件，特別涉及一種用于仿生機械和機器人肢體的單向彎曲柔性關節器件。

背景技術

隨著科學技術的發展，機器人的應用越來越受到人們的重視，而柔性關節在機器人技術和仿生技術領域的應用越來越廣泛，肢體柔性關節在解決柔性運動和抓取物體的適應性方面具有著重要作用，因此，國內外對它的研究越來越受到關注，成果頗豐，研究的主要內容有關節驅動裝置、驅動材料和關節柔性結構的實現。現在已經研制、開發的柔性關節，主要有微電機驅動、氣缸驅動、人工肌肉驅動、氣動波紋管驅動和電致驅動等幾種結構形式。應用微電機驅動和氣缸驅動方式的柔性關節，其技術基本成熟，應用廣泛，但體積較大，關節柔性程度受到一些因素限制；人工肌肉是非線性元件，功率輸出規律難以掌握，控制算法比較復雜；而氣動波紋管行程較小，體積大，主要用于微動關節。以上幾種驅動裝置在應用過程中都要與機械結構配合使用，體積大，小型化困難。關節的運動軌跡由機械結構決定，柔順性差。

目前已有的人工關節尚不能完全滿足在形式變化較大的工業品的搬運、水中仿生及特種機器人等領域的特殊需要，有必要繼續開發具有高度柔性的關節。

實用新型內容

本實用新型為了彌補現有技術的不足，提供一種體積小、單向彎曲柔性好、可實現仿生人工關節的復雜動作、適應性好、動作平穩的用于仿生機械和機器人肢體的單向彎曲柔性關節器件。

本實用新型是通過如下技術方案實現的：

一種用于仿生機械和機器人肢體的單向彎曲柔性關節器件，包括上端蓋、雙環約束元件、板簧、膠管、下端蓋；上端蓋和下端蓋分別位于關節兩端，在上端蓋和下端蓋之間，設有多個雙環約束元件,所述雙環約束元件同軸同相位密排串聯后形成中心線平行的兩個并列管狀空腔，一個空腔截面為矩形，另一個空腔截面為圓形；在所述截面為矩形的管狀空腔中設置截面為矩形的板簧，所述板簧與截面為矩形的管狀空腔為間隙配合，所述板簧兩端分別與截面為矩形的管狀空腔兩端的雙環約束元件固聯成一體；在所述截面為圓形的管狀空腔中設置膠管，所述膠管兩端與上端蓋和下端蓋密封連接，構成密封腔體；所述截面為圓形的管狀空腔兩端的雙環約束元件分別與所述上端蓋和下端蓋固聯成一體。

其中，所述雙環約束元件，為軸線平行的矩形環和圓形環并列結構。

其中，在下端蓋下端設有流體入口。

具體的，多個雙環約束元件同軸同相位密排串聯，串聯后形成中心線平行的兩個并列管狀空腔，一個空腔截面為矩形，另一個空腔截面為圓形，每個雙環約束元件為軸線平行的矩形環和圓形環并列結構；在所述截面為矩形的管狀空腔中設置截面為矩形的板簧，所述板簧與所述矩形空腔為間隙配合，所述板簧兩端分別與所述矩形管狀空腔兩端的約束元件固聯成一體，所述雙環約束元件間不能沿軸線相對移動，只能隨所述板簧彎曲變形作相對擺動，形成無軸多鉸鏈結構；在所述截面為圓形的管狀空腔中設置由橡膠材料制成的膠管，所述膠管兩端設置上端蓋和下端蓋，構成密封腔體，所述截面為圓形的管狀空腔兩端的約束元件分別與所述上、下端蓋固聯成一體；在下端蓋上設有流體入口，以充入壓力流體，當充入流體壓力增加，密封腔體膨脹推動板簧變形，關節彎曲角度加大，當充入流體壓力減小，板簧恢復，關節彎曲角度減小；所述充入流體，可以是無腐蝕、無毒性的介質，如壓縮空氣、水等。

本實用新型的優點是：體積小，屬單向彎曲柔性關節，關節的驅動裝置與關節復合為一體，在規定方向上彎曲柔順性好，其它方向剛性好；應用單關節或多關節的組合，可實現仿生人工關節的復雜動作，輔以包裝，更具人性化特征，作為動作執行元件，由于其結構為骨肉一體，在接觸不同形狀和不同的硬度物體時，適應性會更好，動作平穩，具有一定緩沖效果，尤其適用于抓取或搬運不規則形狀的物體，在仿生和特種機器人的應用領域具有推廣應用價值，具有很好的市場前景。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖。

圖2為雙環約束元件結構示意圖。

圖中有上端蓋1、雙環約束元件2、板簧3、膠管4、下端蓋5、流體入口6。

具體實施方式

下面結合附圖通過實施例進一步說明本實用新型。

實施例1、本實用新型是由上端蓋1、雙環約束元件2、板簧3、膠管4、下端蓋5組成的；上端蓋1和下端蓋5分別位于關節兩端，關節中間是多個雙環約束元件2同軸同相位密排串聯形成的兩個空腔，一個截面為圓形，一個截面為矩形；在矩形空腔內裝有截面為矩形的板簧3，所述板簧3與所述矩形空腔為間隙配合，板簧3兩端與矩形空腔兩端的約束元件2固聯成一體；在所述圓形空腔內設置膠管4，膠管4兩端與上端蓋1和下端蓋5密封連接，構成密封腔體，所述圓形空腔兩端的約束元件2分別與上端蓋1和下端蓋5與固聯成一體；流體入口6與下端蓋5通過螺紋連接，上端蓋1和下端蓋5可通過螺紋連接的方式與機器人本體組裝。