[實用新型]氣動多向彎曲柔性關節

有效

• 申請號: 201420040536.1
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN203779516U
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 耿德旭;張金濤;武廣斌;劉曉敏;王鵬
• 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有限公司 11358
• 代理人: 吳照幸

技術領域

本實用新型涉及機器人肢體用柔性關節，特別涉及一種氣動多向彎曲柔性關節。

背景技術

目前機器人技術在工業、軍事、醫療和服務等領域應用廣泛，已成為世界各國的重要戰略支撐技術之一。作為機器人的關鍵技術和核心部件，各類主動關節的結構、驅動、運動性能和控制方法，將決定機器人的整體水平。在陸生、水生和仿人機器人領域，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重要作用。因此，多年來國內外對柔性關節進行了深入研究并取得了可喜成果，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。其中關節驅動結構和控制方式為研究重點，驅動材料是研究難點。

國內外已研發的柔性關節主要有伺服電機驅動、液壓驅動、氣缸驅動、導電聚合物、電致驅動和人工肌肉驅動等幾種形式。其中應用伺服電機驅動、液壓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，關節柔性程度受到限制；而導電聚合物和電致驅動行程較小，主要用于微動關節；氣動人工肌肉驅動具有較好的綜合柔性，近年來得到了快速發展，但具有較強的非線性。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。

因此，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

本實用新型的目的在于克服現有技術之不足，提供一種機器人肢體用氣動多向彎曲柔性關節。

本實用新型的一種氣動多向彎曲柔性關節，包括約束元件、關節骨架、氣囊、上端蓋、下端蓋、上封頭、下封頭、流體入口，在上端蓋和下端蓋之間設有若干個約束元件，所述若干個約束元件同軸串聯密排形成柱狀結構，在柱狀結構內部形成若干個軸線平行的管狀空腔，所述若干個管狀空腔中的一個管狀空腔的軸線與所述柱狀結構的軸線重合，稱為管狀空腔一，在管狀空腔一中設置關節骨架，關節骨架兩端分別與上端蓋、下端蓋固定連接；除管狀空腔一以外的管狀空腔結構尺寸完全相同，關于管狀空腔一的軸線對稱分布，稱為管狀空腔二，在管狀空腔二中設置氣囊，氣囊兩端分別與上封頭、下封頭連接，構成密封腔體；上封頭、下封頭與上端蓋、下端蓋固定連接成一體，在下封頭上設有流體入口。

所述約束元件為片狀，約束元件的外形為圓形或正多邊形，約束元件的鏤空部分為所述管狀空腔在不同約束元件的局部結構，約束元件的直徑等于所述管狀空腔的直徑。

所述關節骨架為柔性軸或軸向可伸縮軸套。

所述柔性軸為圓柱螺旋彈簧或者橡膠軸；軸向可伸縮軸套由套筒和光軸組成，套筒和光軸間隙配合。

所述管狀空腔數量為三個或多于三個。

所述下封頭上設有流體入口，以充入壓力流體，當充入流體壓力增加，密封腔體膨脹推動約束元件移動使關節主動變形加大，當充入流體壓力減小，橡膠氣囊恢復，關節變形減小，變形情況與所述骨架形式和通壓狀態有關；當骨架為柔性軸，各氣囊通氣壓力不同時，關節發生空間多向主動彎曲和伸長復合變形，彎曲方向和變形程度由流體介質壓力及通壓氣囊數量共同決定，各氣囊通氣壓力相同或位置對稱氣囊通氣壓力相同時，關節發生主動伸長，變形程度由流體介質壓力和通壓氣囊數量共同決定；當骨架為軸向可伸縮軸套，氣囊通氣時關節只發生主動伸長，變形程度由流體介質壓力和通壓氣囊數量共同決定；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關節體積小、運動靈活，關節的驅動裝置與關節合為一體，可實現仿生人工關節的空間多向主動彎曲和伸長等復合動作，屬氣動變形的柔性關節，控制方便，根據需要加裝不同的骨架，可以限制運動自由度；應用多關節組合可實現生物體的復雜柔性運動，輔以包裝更具人性化特征；作為動作執行元件，由于其結構主要為復合彈性體，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易損、易碎和不規則形狀的物體，在仿生及特種機器人等領域具有很好的應用價值和市場前景。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明：

圖1是雙氣囊氣動多向彎曲柔性關節爆炸示意圖；

圖2是雙氣囊氣動多向彎曲柔性關節軸側示意圖；

圖3是雙氣囊氣動多向彎曲柔性關節柔性軸骨架示意圖；

圖4是雙氣囊氣動多向彎曲柔性關節軸向可伸縮軸套骨架示意圖；

圖5是三氣囊氣動多向彎曲柔性關節爆炸示意圖；

圖6是三氣囊氣動多向彎曲柔性關節軸側示意圖；