[發(fā)明專利]一種基于氣動的連續(xù)可變剛度脊柱關節(jié)

有效

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• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112692872B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設計）人: 岳洪浩;楊飛;阮琪;李前程
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B25J18/06
• 分類號: B25J18/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種基于氣動的連續(xù)可變剛度脊柱關節(jié)，屬于機器人技術領域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的柔性機器人的脊柱關節(jié)剛性較小、承載能力差的問題。第一脊柱與第二脊柱之間通過若干氣缸首尾對接，若干所述氣缸相互平行布置，且每個氣缸的缸體一端均與第一脊柱的端部鉸接，每個氣缸的活塞桿一端均與第二脊柱的端部鉸接，氣缸中位于活塞兩側的腔室分別通過氣管與外部氣源連接。本申請可在自由轉動狀態(tài)和剛度鎖定狀態(tài)進行切換。通過調(diào)節(jié)各活塞桿兩側的氣壓，從而實現(xiàn)關節(jié)的鎖定。由于氣缸的活塞所受的軸向力與氣缸的缸體中通入的氣體壓力成正比，因此可以實現(xiàn)剛度的連續(xù)調(diào)節(jié)。本申請的脊柱關節(jié)可實現(xiàn)非常大的剛度及承載能力。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于氣動的連續(xù)可變剛度脊柱關節(jié)，屬于機器人技術領域。

背景技術

柔性機器人由于其本身良好的柔順結構、靈活連續(xù)的變形特性以及極高的安全性和環(huán)境適應性，使其在醫(yī)療康復、搶險救災、資源勘測、管路檢測以及軍事偵查中有著巨大的應用潛力。但是柔性機器人由于剛性較小、承載能力差等問題，導致其應用具有很大的局限性。為了提高柔性機器人的剛度和承載能力，擴展其應用范圍，柔性機器人的變剛度問題一度成為研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有柔性機器人的脊柱關節(jié)剛性較小、承載能力差的問題，進而提供了一種基于氣動的連續(xù)可變剛度脊柱關節(jié)。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種基于氣動的連續(xù)可變剛度脊柱關節(jié)，它包括結構相同的第一脊柱和第二脊柱，其中第一脊柱與第二脊柱之間通過若干氣缸首尾對接，若干所述氣缸相互平行布置，且每個氣缸的缸體一端均與第一脊柱的端部鉸接，每個氣缸的活塞桿一端均與第二脊柱的端部鉸接，氣缸中位于活塞兩側的腔室分別通過氣管與外部氣源連接。

進一步地，氣缸的缸體與第一脊柱之間以及氣缸的活塞桿與第二脊柱之間均通過球鉸連接。

進一步地，所述第一脊柱結構包括脊柱主體及對稱布置在脊柱主體兩端部的兩組安裝組件，其中安裝組件包括沿脊柱主體周向布置的若干安裝塊，每個安裝塊上均加工有球窩，氣缸與安裝塊之間通過球窩及球頭實現(xiàn)球鉸連接，第一脊柱與第二脊柱的結構相同。

進一步地，每組安裝組件中安裝塊的數(shù)量均與氣缸的數(shù)量相同。

進一步地，所述脊柱主體包括第一圓柱段及同軸固裝在第一圓柱段兩端的兩個第二圓柱段，其中第一圓柱段的直徑小于第二圓柱段的直徑，兩組安裝組件對應安裝在兩個第二圓柱段上遠離第一圓柱段的一端部。

進一步地，每個第二圓柱段上遠離第一圓柱段的一端均加工有弧形凹槽。

進一步地，若干氣缸沿周向均布。

進一步地，氣缸的數(shù)量為四個。

進一步地，所述外部氣源為氣泵。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下效果：

本申請可在自由轉動狀態(tài)和剛度鎖定狀態(tài)進行切換。

通過調(diào)節(jié)各活塞桿兩側的氣壓，可在氣壓作用下使得活塞桿具有很強的外力抵抗能力，從而實現(xiàn)關節(jié)的鎖定。

由于氣缸的活塞所受的軸向力與氣缸的缸體中通入的氣體壓力成正比，因此可以實現(xiàn)剛度的連續(xù)調(diào)節(jié)。

關節(jié)剛度由缸體內(nèi)充入的氣體壓力決定，缸體內(nèi)可一直加壓至剛性結構產(chǎn)生破壞為止，因此，本申請的脊柱關節(jié)可實現(xiàn)非常大的剛度及承載能力。

附圖說明

圖1為本申請的主剖視示意圖；

圖2為本申請在偏轉鎖定狀態(tài)下的主剖視示意圖；

圖3為第一脊柱的立體結構示意圖。

具體實施方式