一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種萬向節(jié)連接，鋼絲繩控制，橡膠氣囊驅(qū)動的氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的機(jī)械臂各關(guān)節(jié)常用電機(jī)來驅(qū)動，其驅(qū)動系統(tǒng)較為復(fù)雜，設(shè)計難度較大。氣動人工肌肉是一種新型的驅(qū)動器，它糅合了氣壓驅(qū)動和人工肌肉驅(qū)動各自的優(yōu)點。它不需要減速裝置和傳動機(jī)構(gòu)，可以直接驅(qū)動，不僅結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，而且功率自重比大，具有仿生性和柔順性。因此被大量運(yùn)用于機(jī)器人手臂、手指的關(guān)節(jié)驅(qū)動。
[0003]該柔性機(jī)械臂受到大象鼻子的啟發(fā)，主要是一種相似的柔性連續(xù)體機(jī)械臂。以壓縮空氣為動力源，利用橡膠的彈性，驅(qū)動機(jī)械臂向各個方向彎曲。同時，橡膠氣囊與鋼絲繩、十字萬向節(jié)配合動作，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可靠性更高，更加易于控制。該機(jī)械臂特別適合于環(huán)境復(fù)雜的工況，可以承受較大的負(fù)荷，有著廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述傳統(tǒng)機(jī)械臂存在的不足，提供一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):其結(jié)構(gòu)是由多節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。而每節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由四個橡膠氣囊、四條鋼絲繩、上下兩連接板及十字萬向節(jié)組成。所述的四個橡膠氣囊和四條鋼絲繩環(huán)形陣列依次交錯分布，每個關(guān)節(jié)的中間由十字萬向節(jié)連接。該機(jī)械臂有多個自由度，能夠向多個方向彎曲。
[0005]進(jìn)一步的，所述的每個連接板上有四個環(huán)形陣列的通氣孔，用于安裝比例閥氣管，連接壓縮空氣與橡膠氣囊，通氣孔連接處有密封裝置。所述的連接板上另外有四個環(huán)形陣列的通孔用于連接鋼絲繩。
[0006]進(jìn)一步的，所述橡膠氣囊兩端具有向外翻折的翻沿，由配套的橡膠壓環(huán)壓住。
[0007]進(jìn)一步的，所述鋼絲繩采用圓股鋼絲繩。四條鋼絲繩設(shè)置在上下連接板之間，每一條鋼絲繩末端通過連接件固定于上連接板上，連接法蘭固定于上連接板;每條鋼絲繩的另一端由電動推桿推動，實現(xiàn)鋼絲繩的上下移動控制。
[0008]進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂采用氣壓和繩控協(xié)調(diào)配合同時驅(qū)動。采用電氣比例閥控制氣壓，電動推桿控制鋼絲繩，實現(xiàn)機(jī)械臂向各個方向運(yùn)動。
[0009]進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可安裝機(jī)械手，實現(xiàn)物體的抓取。
[0010]由上述對本實用新型的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供了一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，通過橡膠氣囊與鋼絲繩、十字萬向節(jié)的配合動作，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可靠性更高，更加易于控制。該機(jī)械臂特別適合于環(huán)境復(fù)雜的工況，可以承受較大的負(fù)荷，有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是氣動柔性關(guān)節(jié)局部放大圖。
[0013]圖3是本結(jié)構(gòu)的彎曲效果圖。
[0014]圖4是氣動回路圖。
[0015]圖1至圖4中:1、橡膠氣囊，2、鋼絲繩，3、連接板，4、十字萬向節(jié)，5、電動推桿，6、鋼絲繩通孔，7、通氣孔，8、萬向節(jié)連接軸，9、橡膠壓環(huán)，10、氣源，11、空氣過濾器，12、減壓閥，13、壓力表，14、油霧器，15、氣動比例閥，16、氣囊。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步的說明。
[0017]如圖1至圖3所示，一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其結(jié)構(gòu)是由多節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。而每節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由四個橡膠氣囊1、四條鋼絲繩2、上下兩連接板3及十字萬向節(jié)4組成。
[0018]所述的四個橡膠氣囊I和四條鋼絲繩2環(huán)形陣列依次交錯分布，每個關(guān)節(jié)由十字萬向節(jié)4連接。該機(jī)械臂有多個自由度，能夠向多個方向彎曲。
[0019]如圖2所示，所述的每個連接板3上有四個環(huán)形陣列的通氣孔7，用于安裝比例閥氣管，連接壓縮空氣與橡膠氣囊I，通氣孔7連接處有密封裝置。所述的連接板3上另外有四個環(huán)形陣列的通孔6用于連接鋼絲繩2。
[0020]所述橡膠氣囊I兩端具有向外翻折的翻沿，由配套的橡膠壓環(huán)9壓住，起密封作用。
[0021]所述鋼絲繩2采用圓股鋼絲繩。四條鋼絲繩2設(shè)置在上下連接板3之間，每一條鋼絲繩2末端通過連接件固定于上連接板上，連接法蘭固定于上連接板;每條鋼絲繩2的另一端由電動推桿5推動，實現(xiàn)鋼絲繩2的上下移動控制。
[0022]所述機(jī)械臂采用氣壓和繩控協(xié)調(diào)配合同時驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。采用電氣比例閥控制氣壓，電動推桿5控制鋼絲繩2，實現(xiàn)機(jī)械臂向各個方向運(yùn)動。
[0023]所述機(jī)械臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可安裝機(jī)械手，實現(xiàn)物體的抓取。
[0024]圖4中氣源10采用小型空氣壓縮機(jī)單獨(dú)供氣，通過氣動三聯(lián)件空氣過濾器11、減壓閥12和油霧器14，氣動回路分成四條支路分別連接氣動比例閥15，用于控制氣囊16的壓力。
[0025]該機(jī)械臂工作時，橡膠氣囊I內(nèi)腔充入壓縮空氣，形成一個壓縮空氣氣柱。組成機(jī)械臂柔性關(guān)節(jié)的橡膠氣囊I在氣壓的作用下發(fā)生彎曲變形，通過比例閥調(diào)節(jié)橡膠氣囊I的正負(fù)壓實現(xiàn)機(jī)械臂向各個方向的動作，完成正屈、側(cè)擺和反彎等動作。同時，鋼絲繩2通過電動推桿5實現(xiàn)上下運(yùn)動。橡膠氣囊I與鋼絲繩2、十字萬向節(jié)4配合動作，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，更加易于控制完成對物體抓取。
[0026]當(dāng)向橡膠氣囊I內(nèi)通入壓縮空氣后，彈性橡膠管內(nèi)腔容積增大，由于外部螺旋彈簧的束縛，其徑向膨脹受到限制;氣體在肌肉端蓋處會產(chǎn)生軸向推力，帶動橡膠管和彈簧同時軸向伸長。通過電磁換向閥控制多向彎曲關(guān)節(jié)內(nèi)四條人工肌肉的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的彎曲方向；應(yīng)用比例閥控制關(guān)節(jié)內(nèi)部壓強(qiáng)和彎曲程度實現(xiàn)空間上多個方向的彎曲和軸向伸長。
【主權(quán)項】
1.一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其特征在于:本實用新型涉及一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其結(jié)構(gòu)是由多節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成;而每節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由四個橡膠氣囊、四條鋼絲繩、上下兩連接板及十字萬向節(jié)組成;所述的四個橡膠氣囊和四條鋼絲繩環(huán)形陣列依次交錯分布，每個關(guān)節(jié)的中間由十字萬向節(jié)連接;該機(jī)械臂有多個自由度，能夠向多個方向彎曲。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其特征在于:所述的每個連接板上有四個環(huán)形陣列的通氣孔，用于安裝比例閥氣管，連接壓縮空氣與橡膠氣囊，通氣孔連接處有密封裝置;所述的連接板上另外有四個環(huán)形陣列的通孔用于連接鋼絲繩。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其特征在于:所述橡膠氣囊兩端具有向外翻折的翻沿，由配套的橡膠壓環(huán)壓住，密封效果良好。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其特征在于:所述鋼絲繩采用圓股鋼絲繩，強(qiáng)度高、彈性好、自重輕且撓性好；四條鋼絲繩設(shè)置在上下連接板之間，每一條鋼絲繩末端通過連接件固定于上連接板上，連接法蘭固定于上連接板;每條鋼絲繩的另一端由電動推桿推動，實現(xiàn)鋼絲繩的上下移動控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其特征在于:所述機(jī)械臂采用氣壓和繩控協(xié)調(diào)配合同時驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高;采用電氣比例閥控制氣壓，電動推桿控制鋼絲繩，實現(xiàn)機(jī)械臂向各個方向運(yùn)動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其特征在于:所述機(jī)械臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可安裝機(jī)械手，實現(xiàn)物體的抓取。
【專利摘要】本實用新型涉及一種氣動繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，其結(jié)構(gòu)是由多節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。而每節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由四個橡膠氣囊、四條鋼絲繩、上下兩連接板以及十字萬向節(jié)組成。所述的四個橡膠氣囊和四條鋼絲繩環(huán)形陣列依次交錯分布，每個關(guān)節(jié)的中間由十字萬向節(jié)連接。該機(jī)械臂采用柔性結(jié)構(gòu)，有多個自由度，能夠向多個方向彎曲?？朔藗鹘y(tǒng)機(jī)械臂的剛性桿所帶來的轉(zhuǎn)動局限性，大幅度提高了機(jī)器人的柔性和環(huán)境適應(yīng)能力，能夠承受較大的負(fù)荷。
【IPC分類】B25J18/06
【公開號】CN205363953
【申請?zhí)枴緾N201620172375
【發(fā)明人】馮開林, 姜黎君, 田文霞, 張曉東
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2016年3月8日