[發明專利]采用徑向花邊形彈性波紋管的人工肌肉、氣缸及控制方法

有效

• 申請號: 202210324949.1
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114750187B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 章軍;劉禹;吳思遠;龔忠富;王凱杰;陳彥秋;呂兵
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 嚴梅芳

一種采用徑向花邊形彈性波紋管的人工肌肉、氣缸及控制方法，徑向花邊形彈性波紋管由橡膠制成，壁內或壁外有加強作用的經緯線，其軸向縱截面為V形或U形或Ω形、側壁徑向橫截面為波浪起伏的圓滑過渡花邊形，從波谷處到波峰處側壁的起皺如半張開雨傘，較大內腔承載壓力下限制徑向膨脹而橡膠彈性變形量小；作為氣動人工肌肉，軸向具有較好的膨脹性和較大的驅動力；兩根串聯彈性波紋管作為無活塞氣缸的軟缸筒和驅動件，推桿的滑座在直線軸承導向下一根彈性波紋管軸向膨脹成寬V形、一根彈性波紋管軸向壓縮成窄U形或Ω形，具有較大的行程和推動力，采用滾動摩擦替代彈性密封的滑動摩擦，消除低速爬行，動態性能好，彈性變形力補償下控制精度更高。

技術領域

本發明涉及氣動元件、機械人技術領域，尤其是一種采用徑向花邊形彈性波紋管的人工肌肉、氣缸及控制方法。

背景技術

在機器人領域中，彈性波紋管作為軸向膨脹型氣動人工肌肉驅動器，橡膠壁內沒有編織經線、緯線的，軸向膨脹性好、但內腔承載壓力小從而驅動力小，且存在徑向膨脹、耗能并影響性能；橡膠壁內有編織經線、緯線的，內腔承載壓力大從而驅動力大，且沒有徑向膨脹，但軸向膨脹性差、經緯線與橡膠的界面作用力大。

通用氣缸的活塞桿驅動，在中間的活塞橡膠密封處，活塞桿與缸蓋之間活塞橡膠密封處，密封摩擦力大而耗能，且易產生低速爬行現象，尤其是密封摩擦力大小的強非線性，對氣缸控制精度影響很大。

發明內容

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種采用徑向花邊形彈性波紋管的人工肌肉、氣缸及控制方法，從而采用徑向起伏波皺的花邊形彈性波紋管，實現內腔承載壓力大從而驅動力大、且軸向膨脹性好的功能，用以作為氣動人工肌肉驅動器，或軟氣缸筒的可調行程氣缸。

本發明所采用的技術方案如下：

一種徑向花邊形彈性波紋管，包括一體式結構的彈性波紋管，所述彈性波紋管的側壁徑向橫截面為波浪起伏的圓滑過渡花邊形，從波谷處到波峰處側壁的起皺狀態如半張開雨傘。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述彈性波紋管的軸向縱截面為V形、U形或Ω形，即形成V形彈性波紋管、U形彈性波紋管或Ω形彈性波紋管。

所述彈性波紋管的波紋管部分、端部圓筒部分的壁材彈性材料的內部或壁材外面均設置加強的緯線和經線，緯線呈環狀結構，所述緯線和經線交錯編織在一起。

所述彈性波紋管作為氣動軸向膨脹型人工肌肉。

一種采用徑向花邊形彈性波紋管的可調行程氣缸，彈性波紋管作為可調行程氣缸的軟缸筒和驅動件，可調行程氣缸由兩根彈性波紋管組成，兩根彈性波紋管是V形、U形或Ω形的三種彈性波紋管中相同的兩根、或者是其中任意二種彈性波紋管的組合。

作為上述技術方案的進一步改進：

可調行程氣缸的具體安裝結構為：包括平行間隔設置的后座和前座，后座和前座的端部均安裝有氣管接頭，氣管接頭接通兩根彈性波紋管，用于氣管連接；后座和前座之間連接有多根導向拉桿，每根導向拉桿上套有直線軸承，位于后座和前座之間設置有水平的異形推板，導向拉桿上的直線軸承固定在異形推板上，共同導向異形推板，異形推板上還固定有導向推桿，導向推桿上套有同樣的直線軸承，導向推桿上的直線軸承被緊固在前座上，導向推桿的頂部固定一塊推板，推板中心用緊固件固定外推桿；

兩根彈性波紋管的端部圓筒部分各自朝外，并由螺紋夾緊套5旋緊固定在后座、前座的卡口上，兩根彈性波紋管的封閉端中心處開孔，用前后兩個密封墊圈、內六角螺栓和螺母密封地緊固在異形推板上，依次是密封墊圈、彈性波紋管的封閉端、異形推板、彈性波紋管的封閉端和密封墊圈；兩根彈性波紋圓管分別充氣、排氣，使得異形推板在導向拉桿的導向下直線移動，異形推板促使導向推桿在直線軸承支撐下伸縮，從而驅動外推桿前后移動。