流体驱动的单自由度柔性弯曲关节制造技术

本发明专利技术涉及流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，可用作机械手、机器人或残疾人假肢的各类弯曲关节，属于机械手、机器人或残疾人假肢等应用技术领域；本发明专利技术柔性关节以流体驱动，以弹性波壳的受力膨胀为动力，关节的弯曲角度与弹性波壳内腔的流体压力有关；采用拉弹簧、弹性条或扭弹簧等弹性元件，靠弹性元件的作用，关节回复伸直；可根据使用要求，更换不同种类或刚性的弹性元件，得到不同的静、动态性能；弹性波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，弯曲灵活；具有占空比小，功率／质量比小，耗能小的特点；同时易建立弯曲变形角度与流体压强的关系，控制模型简单，动态控制精度高。

【技术实现步骤摘要】
流体驱动的单自由度柔性弯曲关节
：本专利技术涉及一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，此关节为单自由度弯曲，具有柔性好、动作灵敏的特点，可用作机械手、机器人或残疾人假肢的各类弯曲关节，属于机械手、机器人或残疾人假肢等应用

技术介绍
：本专利技术作出以前，在已有技术中，对于弯曲关节来说：一般以各类电机或液气压为动力，采用各种机械结构，或液气压缸和马达，或以它们的组合为执行元件；各方式均是刚性结构，结构复杂，体积较大，制造成本高。还有采用通压缩空气的橡胶壁(一种可轴向变形大的圆形橡胶管)的弯曲关节，由于橡胶壁的轴向、径向都要膨胀，但径向膨胀是浪费能量，且对橡胶壁的弯曲变形无法得到较精确数学模型，因此动态控制效果不好，动作不够灵敏。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上述不足之处，本专利技术柔性关节以流体驱动，以弹性波壳的受力膨胀为动力，关节的弯曲角度与弹性波壳内腔的流体压力有关；采用拉弹簧、弹性条或扭弹簧等弹性元件，靠弹性元件的作用，关节回复伸直；克服弹性元件的作用，关节弯曲并抓取物品，对外作用力随弹性波壳内腔的流体压力增加而增加；可根据使用要求，更换不同种类或刚性的弹性元件，得到不同的静、动态性能。关节波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，弯曲灵活；具有占空比小，功率/质量比小，耗能小的特点；同时易建立关节弯曲角度与流体压强的关系，控制模型简单，动态控制精度高。本专利技术的主要解决方案是这样实现的：第一种方案是：弹性波壳6靠卡箍5夹紧在头座3a和尾座8a的卡口上，流体通过软管10和接头11进入弹性波壳6的内腔，接头11旋在尾座8a上，中间有密封圈9密封；板铰链7的两端由螺钉4固定在头座3a和尾座8a上，拉弹簧13两端钩在两个钩轴12孔内，两个钩轴12分别与头座3a和尾座8a的孔间隙配合，并用螺母锁紧；指套1旋在头座3a上，调整垫片2的厚度可-->调节指套1的旋转相位；头座3a和尾座8a的螺纹是相同的，指套1也通过调整垫片2旋在尾座8a。第二种方案是：不用拉弹簧13，而用弹性条16穿过两个钩轴12，弹性条16两端再被锁片17卡紧的方式，其余结构同第一种方案。第三种方案是：采用扭弹簧18安装在板铰链7的销轴上，约束板铰链7弯曲的方式；将第一种方案中带孔的头座3a和尾座8a更换成无孔头座3b和无孔尾座8b，不用钩轴12、拉弹簧13、弹性条16、锁片17等零件，其余结构同第一种方案。本专利技术与已有技术相比具有以下优点：本专利技术流体驱动的单自由度柔性弯曲关节采用板铰链为柔性骨架，弹性波壳受流体压力作用后膨胀作为肌肉动力，关节的弯曲角度与弹性波壳内腔的流体压力有关；克服弹性元件的作用，关节弯曲并抓取物品，对外作用力随弹性波壳内腔的流体压力增加而增加；靠弹性元件的作用，关节回复伸直；可根据使用要求，更换不同种类和刚性的弹性元件，得到不同的静、动态性能。关节波壳的变形对流体压力的变化敏感，要求流体流量小，弯曲灵活；具有占空比小(弹性波壳弯曲与伸直时占用的流体空间之比)，功率/质量比小，耗能小的特点；同时易建立弯曲变形角度与流体压强的关系，控制模型简单，动态控制精度高。附图说明：图1为本专利技术柔性弯曲关节方案一的主剖视图图2为本专利技术柔性弯曲关节方案一的A-A剖视图图3为本专利技术柔性弯曲关节方案一的B处放大图图4为本专利技术柔性弯曲关节方案二的主剖视图图5为本专利技术柔性弯曲关节方案三的主剖视图图6为本专利技术柔性弯曲关节方案三的C-C剖视图图7为本专利技术柔性弯曲关节板铰链的主剖视图图8为本专利技术柔性弯曲关节板铰链的俯视图图9为本专利技术柔性弯曲关节板扭弹簧的主视图图10为本专利技术柔性弯曲关节板扭弹簧的左视图-->具体实施方式：下面本专利技术将结合附图中的实施例作进一步描述：本专利技术主要由指套1、调整垫片2、头座3a、无孔头座3b、螺钉4、卡箍5、弹性波壳6、板铰链7、尾座8a、无孔尾座8b、密封圈9、软管10、接头11、钩轴12、拉弹簧13、环形纬丝14、经丝15、弹性条16、锁片17、扭弹簧18等组成。如附图1、2所示的第一种方案是：弹性波壳6靠卡箍5夹紧在头座3a和尾座8a的卡口上，弹性波壳6、头座3a和尾座8a构成的封闭空腔；流体通过软管10和接头11进入关节空腔，接头11旋在尾座8a上，中间有密封圈9密封；板铰链7的两端由螺钉4固定在头座3a和尾座8a上；拉弹簧13两端钩在两个钩轴12孔内，两个钩轴12分别与头座3a和尾座8a的孔间隙配合，用螺母锁紧，并保证拉弹簧13处于自由状态时，关节是伸直的；指套1旋在头座3a上，调整垫片2的厚度可调节指套1的旋转相位；头座3a和尾座8a的螺纹是相同的，指套1也通过调整垫片2旋在尾座8a，用以装配第二个柔性关节，形成多关节机械手。板铰链7的结构如附图7、8所示。如附图3所示，弹性波壳6单节纵截面形状是“V”、“U”、“Ω”等，内有或没有加强用的环形纬丝14和缠绕环形纬丝14的、沿轮廓分布的经丝15。如附图4所示的第二种方案是：不用螺旋弹簧13，用弹性条16穿过两个钩轴13，弹性条16两端再被锁片17卡紧，其余结构同第一种方案。如附图5、6所示的第三种方案是：采用扭弹簧18安装在板铰链7的销轴上，约束板铰链7弯曲的方式；将第一种方案中带孔的头座3a和尾座8a更换成无孔头座3b和无孔尾座8b，不用钩轴12、拉弹簧13、弹性条16、锁片17等零件，其余结构同第一种方案。扭弹簧18的结构如附图9、10所示。下面为本专利技术的工作原理及工作过程：本专利技术流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，可组成多关节机械手的手指，每个弯曲关节各有一套管路系统；控制系统根据管路系统的压力变送器传递压力信号，比较预先设定的值，由计算机控制关闭进口阀，保证各关节弯曲角度或维持对外作用力；接通出口阀，靠弹性元件回弹作用，弹性波壳内腔的流体排出，关节伸直，释放抓取物。关节弯曲、回复的快慢速度由管路系统的节流阀控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，其特征是：弹性波壳（６）靠卡箍（５）夹紧在头座（３ａ）和尾座（８ａ）的卡口上，流体通过软管（１０）和接头（１１）进入弹性波壳（６）的内腔，接头（１１）旋在尾座（８ａ）上，中间有密封圈（９）密封；板铰链（７）的两端由螺钉（４）固定在头座（３ａ）和尾座（８ａ）上，拉弹簧（１３）两端钩在两个钩轴（１２）孔内，两个钩轴（１２）分别与头座（３ａ）和尾座（８ａ）的孔间隙配合，并用螺母锁紧；指套（１）旋在头座（３ａ）上，调整垫片（２）的厚度可调节指套（１）的旋转相位；头座（３ａ）和尾座（８ａ）的螺纹是相同的，指套（１）也通过调整垫片（２）旋在尾座（８ａ）。

【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，其特征是：弹性波壳(6)靠卡箍(5)夹紧在头座(3a)和尾座(8a)的卡口上，流体通过软管(10)和接头(11)进入弹性波壳(6)的内腔，接头(11)旋在尾座(8a)上，中间有密封圈(9)密封；板铰链(7)的两端由螺钉(4)固定在头座(3a)和尾座(8a)上，拉弹簧(13)两端钩在两个钩轴(12)孔内，两个钩轴(12)分别与头座(3a)和尾座(8a)的孔间隙配合，并用螺母锁紧；指套(1)旋在头座(3a)上，调整垫片(2)的厚度可调节指套(1)的旋转相位；头座(3a)和尾座(8a)的螺纹是相同的，指套(1)也通过调整垫片(2)旋在尾座(8a)。2.一种流体驱动的单自由度柔性弯曲关节，其特征在于：用弹性条(16...

【专利技术属性】
技术研发人员：章军，须文波，陈安军，范本隽，曹伟明，吕兵，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]