连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴制造技术

一种连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴由螺钉、上密封端盖、上堵头、内气囊、下堵头、外气囊、填充物、连续型螺旋约束环、下密封端盖、气管接头组成，内气囊和外气囊之间形成密封环形空腔，空腔内设有填充物，内气囊输入压力流体膨胀变形，推动填充物和外气囊同时挤压连续型螺旋约束环，实现弾性轴刚度调节，通入流体压力越大，弾性轴整体刚度越好，从而通过调节流体的压力实现弾性轴刚度可变可控功能，该发明专利技术结构简单，使用方便，变刚度效果明显。显。显。

【技术实现步骤摘要】
连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴


[0001]本专利技术属于柔性机器人领域，涉及一种连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴。

技术介绍

[0002]近年来，随着机器人的不断发展，其应用领域也不断扩大，医疗、救援等特殊应用领域对机器人的灵活性、柔顺性、安全性等提出了更高的要求，因此研究人员开始侧重柔性机器人的研究工作；该类机器人相比于传统机器人具有更多的自由度，且灵活性，适应性、柔顺性以及人机交互安全性都相对较好，但是较好的柔顺性往往伴随着较弱的刚性，因此柔性机器人的承载力不足；为提高柔性机器人的刚性，解决柔性机器人承载力不足的缺陷，近年来研究工作者侧重研究变刚度的优良结构，其中基于堵塞原理的变刚度结构为典型代表，可在一定的条件下实现流体状态和固定状态之间相互转化；Brown教授利用堵塞原理设计了万能手爪，手爪通过填充物的“流动”适应不同形状的物体，可抓取任意不规则物体，施加真空后，颗粒迅速收缩变硬，从而抓持物体；Wei等将多个串联的球形关节和颗粒堵塞机构集成在一起，提出来刚度可调的球关节机械臂；上述颗粒堵塞都是基于真空堵塞原理，变刚度效果不明显，本专利技术提出了一种连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴，基于正压充压，推动填充物和外气囊挤压螺旋约束环，实现变刚度，结构简单，使用方便，变刚度效果极其明显，可应用于柔性机器人或柔性机器臂作为制动结构，实现柔性机器人或柔性机器臂的位姿保持。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴，能够克服目前柔性机器人刚性不足的缺陷，在压力流体作用下，可针对不同的工作要求调节柔性机器人驱动或执行机构的刚性和柔性。本专利技术结构简单，刚度变化明显，控制简单，使用方便，响应速度快，安全且适应性好，非常适合应用于柔性机器人。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴，主要包括上密封端盖主要包括螺钉、上密封端盖、上堵头、内气囊、外气囊、填充物、连续型螺旋约束环、下堵头、下密封端盖、气管接头；所述上堵头、内气囊、下堵头和外气囊同轴安装，上堵头和下堵头分别于内气囊的两端固定连接，下堵头开有螺纹孔，用于向内气囊输入压力流体，所述内气囊采用弾性较好的材料，可为硅胶、乳胶、橡胶中的一种，内气囊通入压力流体后，在压力流体的作用下会产生变形；
[0006]所述外气囊设在内气囊外侧，内气囊和外气囊安装后形成密封环形空腔，空腔内设有填充物，填充物的材料可选用金属颗粒、陶粒、沙粒、有机材料、无机材料中的一种或者多种；填充物的形状可采用球形、圆柱体、四面体、圆锥体、多面体、不规则薄片体中的一种或多种；填充物根据圆环状空腔的尺寸确定，可采用不同尺寸的颗粒、微粒或微粉的一种或
多种；
[0007]所述外气囊采用弾性较好的材料，可为硅胶、乳胶、橡胶中的一种，内气囊在压力流体的作用下推动填充物径向移动带动外气囊径向膨胀；
[0008]所述外气囊外部同轴套有连续型螺旋约束环，连续型螺旋约束环为螺旋嵌套结构，内壁具有环状凹槽结构，具有伸长、压缩与弯曲功能，其材料为强度较好的材料，可为弹簧钢，在连续型螺旋约束环的作用下，外气囊径向膨胀受限，外气囊和填充物共同挤压连续型螺旋约束环，弾性轴刚性提升，且输入压力越大，弾性轴刚度提升越明显；
[0009]所述上密封端盖和下密封端盖设在连续型螺旋约束环的两端，起约束作用，上密封端盖上端面设有螺纹孔，通过螺钉和上堵头固定连接，下密封端盖下端面设有螺纹孔，通过气动接头与下堵头固定连接；
[0010]所述气动接头接通管路向内气囊通入压力流体；
[0011]本专利技术的有益效果：1)本专利技术能够通过调节输入流体的压力值，实现弾性轴刚度无级可变可控；
[0012]2)能够有效解决柔性机器人刚性不足，承载能力弱等缺陷。
附图说明
[0013]图1为连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弾性轴总体结构示意图；
[0014]图2为连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弾性轴剖视图；
[0015]图3为连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弾性轴总体爆炸示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实例对本专利技术作进一步地详细描述：一种连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弹性轴由螺钉1、上密封端盖2、上堵头3、内气囊4、外气囊5、填充物6、连续型螺旋约束环7、下堵头8、下密封端盖9、气管接头10组成；所述上堵头3、内气囊4、下堵头8和外气囊5同轴安装，上堵头3和下堵头8分别于内气囊4的两端固定连接，下堵头8开有螺纹孔，用于向内气囊输入压力流体，所述内气囊4采用弾性较好的材料，可为硅胶、乳胶、橡胶中的一种，内气囊4通入压力流体后，在压力流体的作用下会产生变形；
[0017]所述外气囊5设在内气囊4外侧，内气囊4和外气囊5安装后形成密封环形空腔，空腔内设有填充物 6，填充物6的材料可选用金属颗粒、陶粒、沙粒、有机材料、无机材料中的一种或者多种；填充物的形状可采用球形、圆柱体、四面体、圆锥体、多面体、不规则薄片体中的一种或多种；填充物根据圆环状空腔的尺寸确定，可采用不同尺寸的颗粒、微粒或微粉的一种或多种；
[0018]所述外气囊5采用弾性较好的材料，可为硅胶、乳胶、橡胶中的一种，内气囊4在压力流体的作用下推动填充物6径向移动带动外气囊5径向膨胀；
[0019]所述外气囊5外部同轴套有连续型螺旋约束环7，连续型螺旋约束环7为螺旋嵌套结构，内壁具有环状凹槽结构，具有伸长、压缩与弯曲功能，其材料为强度较好的材料，可为弹簧钢，在连续型螺旋约束环的作用下，外气囊5径向膨胀受限，外气囊5和填充物6共同挤压连续型螺旋约束环7，弾性轴刚性提升，且输入压力越大，弾性轴刚度提升越明显；
[0020]所述上密封端盖2和下密封端盖9设在连续型螺旋约束环7的两端，起约束作用，上
密封端盖1上端面设有螺纹孔，通过螺钉1和上堵头3固定连接，下密封端盖9下端面设有螺纹孔，通过气动接头10与下堵头8固定连接；
[0021]所述气动接头10接通管路向内气囊4通入压力流体；
[0022]本专利技术的工作原理为：弾性轴内气囊4输入压力流体工作时，充压后的内气囊在上密封端盖1和下密封端盖9的约束作用下，只产生径向膨胀变形，推动填充物和外气囊同时挤压外部连续型螺旋约束环，随着压力的增加内气囊对填充物和外气囊的挤压力增加，填充物和外气囊填满螺旋约束环的环形凹槽结构，提升弾性轴的刚度，在压力足够的情况下，弾性轴整体可视为刚性轴，变刚度效果明显；通入流体的压力值不同，填充物和外气囊对连续型螺旋约束环的挤压力不同，弾性轴整体的刚度不同，通过调节输入内气囊流体的压力大小，可实现弾性轴刚度可变可控。
[0023]本专利技术的有益效果：1)本专利技术能够通过调节输入流体的压力值，实现弾性轴刚度无级可变可控；
[0024]2)能够有效解决柔性机器人刚性不足，承载能力弱等缺陷。
[0025]上述实施例仅仅是对本专利技术的原理进行说明，在不脱离本专利技术设计精神和范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弾性轴，其特征在于，主要包括螺钉、上密封端盖、上堵头、内气囊、下堵头、外气囊、填充物、连续型螺旋约束环、下密封端盖、气管接头。上下堵头安装在内气囊两端，内气囊内部形成密封腔体，外部套有外气囊，外气囊和内气囊之间形成圆环状空腔，空腔内设有填充物，外气囊外侧套有连续型螺旋约束环，两端通过上密封端盖和下密封端盖约束，上密封端盖通过螺钉与上堵头连接，下密封端盖端面设有通孔或螺纹孔，通过气动接头与下堵头连接，用于压力流体的输入，弹性轴的刚度随压力流体的输入而提高，且通入压力不同，弾性轴的刚度不同。2.根据权利要求1所述的连续型螺旋嵌套约束刚度可变可控弾性轴，其特征在于，所述连续型螺旋约束环为螺旋嵌套结构，内壁具有环状凹槽结构，具有伸长、压缩与弯曲功能，其材料为强度较好的材料，可为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霞，武广斌，耿德旭，许文智，刘洪波，
申请(专利权)人：北华大学，
类型：发明
国别省市：