[发明专利]基于气动柔性驱动器的侧摆关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人灵巧手的侧摆关节。

背景技术

随着现代机器人技术的飞速发展，机器人的应用领域不断的扩大。传统的机器人专用末端夹持器已经不能再满足机器人复杂的操作任务，机器人拟人多指灵巧手应运而生。以人手为设计根据，机器人多指灵巧手手指不仅要实现屈曲运动(弯曲运动)，而且要实现侧摆运动。因此，侧摆关节的设计是机器人多指灵巧手设计的一个关键技术，关节的尺寸、结构以及灵巧程度直接影响到机器人多指灵巧手的尺寸和功能。

目前，机器人多指灵巧手的侧摆关节主要有两种。1、采用电机驱动，以齿轮传动，这种侧摆关节机械结构复杂，功率自重比小，控制比较困难；2、采用气动人工肌肉驱动，以人工腱传动，这种侧摆关节结构相对简单，但是由于气动人工肌肉和侧摆关节分离，通过人工腱驱动关节转动，腱传动系统中存在摩擦、松弛以及能量损耗的问题无法避免。

发明内容

为了克服已有的机器人灵巧手侧摆关节的结构复杂、柔性差、适用性差的不足，本发明提供一种结构简单、具有很好的柔性、适用性好的基于气动柔性驱动器的侧摆关节。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于气动柔性驱动器的侧摆关节，所述侧摆关节包括两个气动柔性驱动器和一个轴向可伸缩铰链，所述的轴向可伸缩铰链由两个活动构件通过腰槽结构形成的一个可伸缩的转动副；所述的活动构件与气动柔性驱动器前后端盖连接，所述两个气动柔性驱动器的轴线平行并垂直于铰链销轴轴线；

所述气动柔性驱动器包括前后两个端盖、一个橡胶管以及一个管接头，所述的橡胶管两端分别与前端盖、后端盖密封联接，前端盖上还设有一个与大气相连接的通孔，所述的管接头安装在前端盖上，所述的橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝且螺旋钢丝是沿着粗橡胶管的径向螺旋密绕在粗橡胶管的内壁中。

作为优选的一种方案：所述的轴向可伸缩铰链包括两个T型刚性连接件和一个销轴，上T型刚性连接件上端与气动柔性驱动器的端盖固定连接，上T型刚性连接件下端设有圆孔，所述圆孔上安装销轴，下T型刚性连接件的上端设有长孔，所述销轴穿过所述长孔，下T型刚性连接件的下端与气动柔性驱动器的另一端盖固定连接。

进一步，所述前后端盖上分别设有台阶轴，T型刚性连接件上分别左右对称设有两个定位孔，所述定位孔和气动柔性驱动器前后端盖上的定位台阶轴配合。

本发明的有益效果主要表现在：1、可以实现侧摆运动，安装在机器人多指灵巧手上可以模拟人手的侧运动；2、采用气动柔性驱动器直接驱动，不需要附加任何传动减速机构，摩擦力小，能量损失低；3、尺寸更易小性化，结构简单紧凑，加工方便、装配以及修理维护简便、成本低廉；4、采用气动柔性驱动器驱动使其具有很好的柔性和适应性，且容易控制；5、适用性好。

附图说明

图1是侧摆关节的立体图。

图2是侧摆关节各个构件联接示意图。

图3是侧摆关节的结构原理示意图。

图4是侧摆关节向右侧摆某一工作状态时的结构示意图。

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4，一种基于气动柔性驱动器的侧摆关节，所述侧摆关节包括两个气动柔性驱动器1和一个轴向可伸缩铰链，且两个气动柔性驱动器1的轴线平行并垂直于铰链销轴4轴线；

所述的气动柔性驱动器1包括前端盖13、后端盖14以及橡胶管11，所述的橡胶管11的两端分别与前端盖13、后端盖11密封联接，其中前后端盖13、14分别设有定位台阶轴，且前端盖13上设有一个与大气相连通的通孔与管接头5通过螺纹固定联接，所述的橡胶管11管壁中嵌套有螺旋钢丝12且螺旋钢丝是沿着橡胶管11的径向螺旋密绕在橡胶管11的内壁中，当高压气体通过管接头5进入橡胶管11内腔，由于螺旋钢丝12的径向限制作用，在压缩气体的压力下，橡胶管11与螺旋钢丝12发生轴向形变，而其径向变形可以忽略，从而产生驱动效果。

所述的轴向可伸缩铰链包括T型刚性联接件2、3和一个销轴4。上T型刚性连接件2下端设有圆孔，所述圆孔上安装销轴4，下T型刚性连接件3的上端设有长孔，所述销轴4穿过所述长孔。所述的轴向可伸缩铰链是由两个T型刚性联接件2、3通过腰槽结构与一个销轴4形成的转动副。

所述气动柔性驱动器1的前后端盖13、14上分别设有台阶定位轴；所述T型刚性连接件2、3上分别左右对称设有两个定位孔，所述定位孔和气动柔性驱动器1前后端盖13、14上的定位台阶轴配合。

基于气动柔性驱动器驱动的侧摆关节的工作原理是：在发生侧摆运动前，由于橡胶管11的不可压缩性，要预先向侧摆关节的两个气动柔性驱动器1的内腔中通入相同压力的压缩空气，在等压气体的作用下，两个气动柔性驱动器1发生相同的轴向伸长，又由于T型刚性联接件2、3之间是轴向可伸缩的铰链转动副，故两个气动柔性驱动器1将推动T型刚性连接件2、3轴向伸长直至销轴4两端与T型刚性连接3的长孔上端接触为止，预充气的目的在于使得两个气动柔性驱动器1的橡胶管11分别有一定的预伸长量便于侧摆关节发生侧摆运动；预充气结束后，通过改变两个气动柔性驱动器1内腔的压缩空气的压力，使得两个驱动器1的橡胶管11发生不同的伸长，从而可以实现侧摆关节的左右摆动，当左边驱动器的内腔气压大于右边驱动器的内腔气压时，侧摆关节向右摆动，反之向左摆动；当减小压缩空气的压力，两边的气动柔性驱动器1在橡胶管11以及螺旋钢丝12的回弹力作用下收缩，从而带动侧摆关节恢复原状。基于气动柔性驱动器驱动的侧摆关节的转角范围为-20°～20°，其刚性好，结构简单，易于小型化，拆装维护方便，动作灵活，具有较大的实施价值。