[发明专利]气动柔性扭转关节

说明书

(一)技术领域

本发明是扭转关节，属于气动柔性扭转关节，适用于设计制作柔性机械手等场合。

(二)背景技术

当今世界，电机驱动机器人和液压驱动机器人的驱动部件大都是作往复运动或旋转运动。当它们被用来制作机器人的关节时，通常必需有一套机械装置，把往复或旋转运动转换成所要求的其他运动方式。这种方式设计的机器人关节可能具有高精确度、大输出功率等优点；但这些设计往往体积大、结构复杂以及价格昂贵，而且灵活性也远远落后于人体的关节。

灵巧机器人的应用前景已得到人们的普遍认可，又由于当代机器人驱动部件存在以上缺点，所以灵巧机器人驱动部件的研究成为机器人设计者关注的重点，机器人工程师正在寻求新型的驱动部件以取代旧的驱动部件。

如专利申请号为03141627.6，发明名称为一种气动柔性扭转关节的中国发明专利申请，公开了一种扭转关节，包括气动柔性气缸、金属片、两个端盖、固定盘、中轴和圆形转盘，气动柔性气缸的两端与两个端盖连接，一个端盖有通孔与外界大气连通，固定盘装有中轴，中轴上端固定有圆形转盘，气动柔性气缸与一个端盖相连的一端与固定盘相连，同时气动柔性气缸与另一端盖相连的一端与圆形转盘相连，金属片位于气缸的外侧，具有约束作用，限制气缸的径向移动。该结构通过金属片来限定柔性气缸的运动，存在的缺点：结构不合理，不易于小型化，灵活性差。

(三)发明内容

为了克服已有的机器人关节的结构不合理、不易于小型化、灵活性差的不足，本发明提供一种结构简单合理、易于小型化、具有良好灵活性的气动柔性扭转关节。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气动柔性扭转关节，包括固定盘、中轴和圆形转盘，所述中轴套装在固定盘上，所述的中轴上端固定连接圆形转盘；在固定盘上左右安装两个气动柔性气缸，所述两个气动柔性气缸呈中心对称；所述的气动柔性气缸的两端分别安装第一端盖、第二端盖，所述第一端盖与固定盘固定连接，所述第一端盖上设有与外界大气连通的通孔，所述第二端盖与圆形转盘固定连接，所述气动柔性气缸为弧形气动柔性气缸，所述弧形气动柔性气缸包括弧形橡胶管、弹簧钢丝，所述弹簧钢丝沿着弧形橡胶管的径向螺旋密绕在其橡胶管的内壁中。

进一步，所述的第二端盖固定安装在中轴上。

或者是：所述的第二端盖通过连接件固定安装在圆形转盘上。

本发明的技术构思为：采用弧形气动柔性气缸来实现关节转动，弹簧钢丝是沿着弧形橡胶管的径向螺旋密绕在其橡胶管的内壁中，由于弧形橡胶管外侧的弧长比内侧弧长长，故其外侧的弹簧匝数的密度要比内侧弹簧匝数密度小。弧形气动柔性气缸的工作原理是：通过端盖的通孔把压缩空气通入到弧形橡胶管内，在压缩空气压力的作用下，由于弧形橡胶管固有弧形，使得弧形橡胶管和弹簧钢丝只能沿着弧形伸长，又由于弹簧钢丝的径向限制作用，从而保证了弧形气动柔性气缸在变形过程中不会发生径向变形；当减小压缩空气的压力，由于弧形橡胶管和弹簧钢丝的回弹作用，弧形气动柔性气缸会沿着弧形收缩。

通过控制一种气动柔性扭转关节的充气压力的大小来最终控制扭转角度的大小。

本发明的有益效果主要表现在：1、结构简单合理，尺寸小，易于小型化；2、动作灵活，刚性好，具有较大的实施价值。

(四)附图说明

图1是气动柔性扭转关节的初始状态结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是气动柔性扭转关节的工作状态结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是弧形气动柔性气缸的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种气动柔性扭转关节，由弧形气动柔性气缸1、第一端盖2、第二端盖3、固定盘4、中轴5和圆形转盘6所组成，弧形气动柔性气缸1的左右两端分别与第一端盖2、第二端盖3相连接，弧形气动柔性气缸由于其固有的弧形，从而在旋转中可以保证它能沿弧形伸长或收缩；第一端盖2有一通孔和外界大气连通，第二端盖3一端是封闭的，两个大小相同的弧形气动柔性气缸1呈中心对称左右安置在固定盘4上，固定盘4上装有中轴5，中轴5上端固定有圆形转盘6，弧形气动柔性气缸1与第一端盖2相连的一端同时和固定盘4相连，弧形气动柔性气缸1与第二端盖3相连的一端同时和圆形转盘6相连，第二端盖3可以与中轴5固定连接，或者通过连接件与圆形转盘6固定连接，圆形转盘6和中轴5一起可以相对于固定盘4作自由转动。