组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节制造技术

本发明专利技术涉及一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，此弯曲关节可用作机器人、机械手和残疾人假肢的各类关节，尤其是如人体的臂关节一样的需多方向弯曲的机械人关节，作为自动化设备的执行机构，属于机器人、机械手应用技术领域。弯曲关节采用弹性波纹管受流体压力后轴向膨胀作为肌肉动力，由多个人工肌肉组件构成柔性关节；采用板弹簧或板铰链作为两方向弯曲的柔性关节骨架；采用圆杆弹簧、球状万向节或十字万向节作为多方向弯曲的柔性关节骨架。弹性波纹管的变形对流体压力的变化敏感，弹性波纹管弹性伸长、弯曲的变形力很小（可忽略不计），要求流体流量小，耗能小，从而使柔性关节动作灵活。

【技术实现步骤摘要】
组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节
：本专利技术涉及一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，此弯曲关节可用作机器人、机械手和残疾人假肢的各类关节，尤其是如人体的臂关节一样的需多方向弯曲的机械人关节，作为自动化设备的执行机构，属于机器人、机械手应用

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，采用各种机械结构与液气压缸、马达等的组合形式作为执行机构；上述方式是刚性结构，对控制的精度要求高，且结构复杂，体积较大，制造成本高。尤其是现有机械手、机器人的关节不具有多方向弯曲的特征，不能体现动物的关节柔性、灵活性和多关节的协调性的特点。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上述不足之处，本专利技术弯曲关节采用弹性波纹管受流体压力后轴向膨胀作为肌肉动力，由多个人工肌肉组件构成柔性关节；采用板弹簧或板铰链作为两方向弯曲的柔性关节骨架，采用圆杆弹簧、球状万向节或十字万向节作为多方向弯曲的柔性关节骨架；靠板弹簧或圆杆弹簧的回弹作用，也可以靠对应的封闭的被压缩弹性波纹管(类似空气弹簧)的回弹作用，弯曲变形的关节回复伸直。弹性波纹管的变形对流体压力的变化敏感，弹性波纹管弹性伸长、弯曲的变形力很小(可忽略不计)，要求流体流量小，耗能小，从而使柔性关节动作灵活。本专利技术的主要解决方案是这样实现的：(1)人工肌肉组件弹性波纹管3靠卡套2的内螺纹旋转夹紧在头座1和尾座4的卡口上，弹性波纹管3、头座1和尾座4构成的封闭空腔；流体通过软管7和直角接头6进入关节空腔，直角接头6与尾座4间有密封圈5密封；尾座4比头座1多了一个安装直角接头6的螺纹孔，头座1和尾座4上均由相同的导向槽8；-->由上述零件构成了一个独立的流体驱动的人工肌肉组件。(2)板铰链两方向弯曲的柔性关节板铰链9的两端由内六角螺栓定位夹紧在两个人工肌肉组件的头座1和尾座4的导向方槽8内形成板铰链两方向弯曲柔性关节。(3)板弹簧两方向弯曲的柔性关节板弹簧10的两端由内六角螺栓定位夹紧在两个人工肌肉组件的头座1和尾座4的导向方槽8内形成板弹簧两方向弯曲柔性关节。(4)十字万向节或球状万向节多方向弯曲的柔性关节多个人工肌肉组件分别由内六角螺栓经过导向块13定位后，固定在两端的正多边形底座12上；十字万向节11或球状万向节14的两端由螺母与正多边形底座12紧固，并且十字万向节11或球状万向节14两端轴颈与正多边形底座12中间孔的配合是间隙配合。(5)圆杆弹簧多方向弯曲的柔性关节多个人工肌肉组件分别由内六角螺栓经过导向块13定位后，固定在两端的正多边形螺纹孔座20上，圆杆弹簧15的两端由开口销19卡在半圆锥导套16上，半圆锥导套16塞在带有细牙螺纹的旋盖17内；旋转旋盖17可调节圆杆弹簧15的位置；圆盖18靠螺钉紧固在旋盖17上，并压紧圆杆弹簧15。本专利技术与已有技术相比具有以下优点：本专利技术组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节采用板弹簧或板铰链作为两方向弯曲的柔性关节骨架，采用圆杆弹簧、球状万向节或十字万向节作为多方向弯曲的柔性关节骨架，弹性波纹管弹性体受流体压力后轴向膨胀作为肌肉动力，可以象人或动物的关节一样灵活弯曲。靠板弹簧或圆杆弹簧的回弹作用，也可以靠对应的封闭的被压缩弹性波纹管(类似空气弹簧)的回弹作用，弯曲变形的关节回复伸直。弯曲和回复伸直的速度由进、出节流阀调节。本专利技术关节要求流体流量小，较小的压力就产生较大的弯曲变形，耗能小；且弯曲变形量与流体压强的关系，易建立数学模型，动态控制精度高，作为机械手指等多关节使用场合，多关节的协调性好。附图说明：图1为本专利技术的人工肌肉组件的A-A剖视图-->图2为本专利技术的人工肌肉组件主视图图3为本专利技术的板铰链两方向弯曲关节的B-B剖视图图4为本专利技术的板铰链两方向弯曲关节主视图图5为本专利技术的板铰链零件图图6为本专利技术的板弹簧两方向弯曲关节的C-C剖视图图7为本专利技术的板弹簧两方向弯曲关节主视图图8为本专利技术的十字万向节多方向弯曲关节主视图图9为本专利技术的十字万向节多方向弯曲关节的D-D剖视图图10为本专利技术的十字万向节多方向弯曲关节的E局部放大图图11为本专利技术的球状万向节多方向弯曲关节主视图图12为本专利技术的圆杆弹簧多方向弯曲关节主视图图13为本专利技术的圆杆弹簧多方向弯曲关节的F-F剖视图图14为本专利技术的圆杆弹簧零件图图15为本专利技术的半圆锥导套零件的主视图图16为本专利技术的半圆锥导套零件的G-G剖视图图17为本专利技术的弹性波纹管零件图图18为本专利技术的弹性波纹管零件图的H局部放大图具体实施方式：下面本专利技术将结合附图对各种方式的实施作进一步描述：(1)人工肌肉组件如附图1～2所示，弹性波纹管3靠卡套2夹紧在头座1和尾座4的卡口上，弹性波纹管3、头座1和尾座4构成的封闭空腔；流体通过软管7和直角接头6进入关节空腔，直角接头6与尾座4间有密封圈5密封；尾座4比头座1多了一个安装直角接头6的螺纹孔，头座1和尾座4上均由尺寸相同的导向槽8；由上述零件构成了一个独立的流体驱动人工肌肉组件。弹性波纹管3是橡胶波纹管，其单节弹性波纹管的纵截面形状可为“V”、“U”、“Ω”等形状；其中“V”形截面的弹性波纹管3如附图17～18所示，所有弹性波纹管3壁内均夹有或不夹有加强丝；加强丝可以是环形纬丝21、或沿纵向轮廓分布的线状经丝22、或由线状经丝22缠绕环形纬丝21等三种-->形式。(2)板铰链两方向弯曲的柔性关节如附图3～4所示，板铰链9的两端由内六角螺栓定位夹紧在两个人工肌肉组件的头座1和尾座4的导向方槽8内，这样由两个人工肌肉组件和一个板铰链9构成了板铰链两方向弯曲柔性关节，板铰链9的结构如附图5所示。(3)板弹簧两方向弯曲的柔性关节如附图6～7所示，板弹簧10的两端由内六角螺栓定位夹紧在两个人工肌肉组件的头座1和尾座4的导向方槽8内，这样由两个人工肌肉组件和一个板弹簧10构成了板弹簧两方向弯曲柔性关节。板弹簧10除定位安装夹紧部分之外的外形或横截面可以是长方形、梯形、双梯形等形状，以便有不同的力学性能。(4)十字万向节或球状万向节多方向弯曲的柔性关节如附图8～10所示，多个人工肌肉组件分别由内六角螺栓经过导向块13定位后，固定在两端的正多边形底座12上；十字万向节11的两端由螺母与正多边形底座12紧固，并且十字万向节11两端轴颈与正多边形底座12中间孔的配合是间隙配合。如附图11所示，多个人工肌肉组件分别由内六角螺栓经过导向块13定位后，固定在两端的正多边形底座12上；球状万向节14的两端由螺母与正多边形底座12紧固，并且球状万向节14两端轴颈与正多边形底座12中间孔的配合是间隙配合。上述正多边形底座12的边数等于人工肌肉组件的个数。(5)圆杆弹簧多方向弯曲的柔性关节如附图12～13所示，多个流体驱动肌肉组件分别由内六角螺栓经过导向块13定位后，固定在两端的正多边形螺纹孔座20上，圆杆弹簧15的两端由开口销19卡在半圆锥导套16上，半圆锥导套16塞在带有细牙螺纹的旋盖17内；旋转旋盖17调节圆杆弹簧15的位置；圆盖18靠螺钉紧固在旋盖17上，并压紧圆杆弹簧15。更换不同直径的圆杆弹簧15和不同孔内径(附图15中的φD3尺寸)的半圆锥导套16，以改变圆杆弹簧15的刚性，使关节具有不同的力学性能。上述正多边形螺纹孔座20的边数等于人工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，其流体驱动人工肌肉的特征是：弹性波纹管（３）靠卡套（２）旋转夹紧在头座（１）和尾座（４）的卡口上，弹性波纹管（３）、头座（１）和尾座（４）构成的封闭空腔；流体通过软管（７）和直角接头（６）进入关节空腔，直角接头（６）与尾座（４）间有密封圈（５）密封；尾座（４）比头座（１）多了一个螺纹孔，头座（１）和尾座（４）上均由相同的导向槽（８）。

【技术特征摘要】
1.一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，其流体驱动人工肌肉的特征是：弹性波纹管(3)靠卡套(2)旋转夹紧在头座(1)和尾座(4)的卡口上，弹性波纹管(3)、头座(1)和尾座(4)构成的封闭空腔；流体通过软管(7)和直角接头(6)进入关节空腔，直角接头(6)与尾座(4)间有密封圈(5)密封；尾座(4)比头座(1)多了一个螺纹孔，头座(1)和尾座(4)上均由相同的导向槽(8)。2.一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，应用人工肌肉的板铰链两方向弯曲柔性关节的特征是：板铰链(9)的两端由内六角螺栓定位夹紧在两个人工肌肉组件的头座(1)和尾座(4)的导向方槽(8)内。3.一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，应用人工肌肉的板弹簧两方向弯曲柔性关节的特征是：板弹簧(10)的两端由内六角螺栓定位夹紧在两个人工肌肉组件的头座(1)和尾座(4)的导向方槽(8)内。4.一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，应用人工肌肉的十字万向节多方向弯曲柔性关节的特征是：多个人工肌肉组件分别由内六角螺栓经过导向块(13)定位后，固定在两端的正多边形底座(12)上；十字万向节(11)的两端由螺母与正多边形底座(12)紧固，并且十字万向节(11)两端轴颈与正多边形底座(12)中间孔的配合是间隙配合。5.一种组合肌肉式多方向弯曲的柔性关节，应用人工肌肉的球状万向节多方向弯曲柔性关节的特征是：多个人工肌肉组件分别由内六角螺栓经过导向块(13)定位后，固定在两端的正多边形底座(12)上；球状万向节(14)的两端由螺母与正多边形底座(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：章军，须文波，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]