一種液壓(氣動(dòng))控制的,可做彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的,可用于數(shù)控軟體機(jī)器人的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:本發(fā)明涉及一種液壓(氣動(dòng))控制的可做彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，可用作數(shù)控軟體機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)單獨(dú)使用，或者多節(jié)串聯(lián)，多組并聯(lián)體組合使用，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的動(dòng)作。
[0002]【背景技術(shù)】:現(xiàn)代各種類型機(jī)器人，已經(jīng)在眾多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，機(jī)器人以靈活的類似人類的關(guān)節(jié)手臂模仿人類動(dòng)作已經(jīng)非常完美，還會(huì)做出一些人類無法做出的動(dòng)作，如手臂旋轉(zhuǎn)。工業(yè)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上大都是多關(guān)節(jié)、全電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多CPU 二級(jí)控制的機(jī)器人，即多關(guān)節(jié)機(jī)器人?，F(xiàn)代機(jī)器人的機(jī)械本體機(jī)構(gòu)基本上分為兩大類，一類是操作本體機(jī)構(gòu)，它類似人的手臂和手腕，為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和行星齒輪機(jī)構(gòu)，手臂剛度高、導(dǎo)向性好、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、定位精度高。另一類為移動(dòng)型本體結(jié)構(gòu)，為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌(普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、液壓動(dòng)壓移動(dòng)導(dǎo)軌、液壓靜壓移動(dòng)導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能。高精度、高速度的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中(關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī))廣泛采用交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，均采用位置閉環(huán)控制。
[0003]伴隨著機(jī)器人技術(shù)、仿生技術(shù)、控制技術(shù)以及制造技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)機(jī)器人工作的靈活性、和適應(yīng)性提出了更嚴(yán)格的要求。目前已知的機(jī)械結(jié)構(gòu)很難做到具有類似于蛇身體或是章魚的觸手的可任意彎曲的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以執(zhí)行精確控制的彎曲、扭曲、蛇行等動(dòng)作，即模仿蛇類或是章魚的觸手的大部分動(dòng)作。而這種動(dòng)作在某些場(chǎng)合是唯一可行的需求。在多數(shù)場(chǎng)合下，這種機(jī)器人能夠很好地代替多關(guān)節(jié)機(jī)器人，動(dòng)作會(huì)更加簡(jiǎn)單和流暢；相對(duì)而言多關(guān)節(jié)機(jī)器人的動(dòng)作將顯得滑稽可笑。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為了實(shí)現(xiàn)任意彎曲的，可以精確控制的彎曲、扭曲、蛇行等動(dòng)作，即模仿蛇類或是章魚的觸手的大部分動(dòng)作，本發(fā)明提供一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的三維彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)、收縮。利用該機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行串并聯(lián)，可以制作出模仿蛇身體或是章魚的觸手的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)可以精確控制的彎曲、扭曲、蛇行等動(dòng)作，即模仿蛇類或是(章魚的觸手)的大部分動(dòng)作，而這種動(dòng)作在某些場(chǎng)合是唯一可行的需求方案。在更多的場(chǎng)合下，這種機(jī)器人能夠很好地代替多關(guān)節(jié)機(jī)器人，動(dòng)作會(huì)更加簡(jiǎn)單和流暢。
[0005]該種機(jī)器人幾乎可用于所有已知領(lǐng)域，巨型的蛇行機(jī)器人，由于浮力抵消力重力，更可開創(chuàng)人類海洋活動(dòng)的新紀(jì)元。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:采用氣動(dòng)或液壓作用下可以伸長(zhǎng)和收縮的元器件，可以是波紋管(金屬或非金屬的)，也可以是空氣彈簧或液壓彈簧。當(dāng)多個(gè)彈簧元件以一定方式排列，彈簧元件兩端分別固定在兩個(gè)安裝板上，當(dāng)多個(gè)彈簧元件分別施加不同的氣壓或液壓，兩個(gè)安裝板即出現(xiàn)相對(duì)彎曲。
[0007]本發(fā)明申請(qǐng)書所提供的技術(shù)方案僅以金屬波紋管為例，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明:
【附圖說明】
:
[0008]圖1具有兩個(gè)波紋管的雙體結(jié)構(gòu)
[0009]圖2雙體結(jié)構(gòu)分別施加不同的氣壓或液壓，兩個(gè)安裝板出現(xiàn)相對(duì)彎曲、伸長(zhǎng)。
[0010]圖3具有三個(gè)波紋管的三體結(jié)構(gòu)
[0011]圖4三體結(jié)構(gòu)分別施加不同的氣壓或液壓，兩個(gè)安裝板出現(xiàn)三維彎曲、伸長(zhǎng)。
[0012]圖5具有四個(gè)波紋管的多體結(jié)構(gòu)
[0013]圖6多體結(jié)構(gòu)分別施加不同的氣壓或液壓，兩個(gè)安裝板出現(xiàn)三維彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)。
[0014]圖7由6個(gè)三體結(jié)構(gòu)和二自由度機(jī)械手組成的蛇形機(jī)器人示例
[0015]圖8，圖9，圖10蛇形機(jī)器人不同動(dòng)作形狀
[0016]圖11多個(gè)蛇形機(jī)器人集中排列，完成復(fù)雜工作
[0017]圖12彈簧關(guān)節(jié)與連桿組成手臂關(guān)節(jié)機(jī)器人
[0018]圖13組合手臂關(guān)節(jié)機(jī)器人
[0019]圖1圖2中，I上安裝板，2.波紋管b，3.單元隔板，4波紋管a，5下安裝板，
[0020]圖1-圖6中a，b，c，d分別為波紋管a，波紋管b，波紋管C，波紋管d，
[0021]【具體實(shí)施方式】:在圖1中，波紋管b (2)、波紋管a(4)是兩個(gè)相同的波紋管，焊接在上安裝板(I)和下安裝板(5)之間，在上安裝板(I)和下安裝板(5)之間固定有多組單元隔板(3)，單元隔板(3)單元隔板有椎孔形成的敷設(shè)控制管線通道，(3)固定在波紋管的波峰上。
[0022]在圖2中分別為波紋管a，b分別施加不同的氣壓或液壓，上安裝板(I)和下安裝板(5)出現(xiàn)相對(duì)彎曲、伸長(zhǎng)。
[0023]在圖3中，波紋管a，波紋管b，波紋管c是三個(gè)相同的波紋管，焊接在上安裝板(I)和下安裝板(5)之間，在上安裝板(I)和下安裝板(5)之間固定有多組單元隔板(3)，單元隔板(3)固定在波紋管的波峰上。
[0024]在圖4中分別為波紋管a，b，c分別施加不同的氣壓或液壓，上安裝板⑴和下安裝板(5)出現(xiàn)三維彎曲、伸長(zhǎng)。
[0025]在圖5中，波紋管a，波紋管b，波紋管C，波紋管，d是四個(gè)相同的波紋管，焊接在上安裝板(I)和下安裝板(5)之間，在上安裝板(I)和下安裝板(5)之間固定有多組單元隔板(3)，單元隔板(3)固定在波紋管的波峰上。
[0026]在圖6中分別為波紋管a，b，c，d分別施加不同的氣壓或液壓，上安裝板(I)和下安裝板(5)出現(xiàn)三維彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)。
[0027]圖7是由6組三體結(jié)構(gòu)串聯(lián)成主體，頂端加裝二自由度機(jī)械手組成的蛇形機(jī)器人方案圖，控制氣動(dòng)或液壓壓力，可以使機(jī)器人主體伸長(zhǎng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種液壓(氣動(dòng))控制的可做彎曲、伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，可用作數(shù)控軟體機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的三維彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)、收縮，利用該機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行串并聯(lián)，可以制作出模仿蛇身體或是章魚的觸手的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)可以精確控制的彎曲、扭曲、蛇行等動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征是:采用氣動(dòng)或液壓作用下可以伸長(zhǎng)和收縮的元器件，可以是波紋管(金屬或非金屬的)，也可以是空氣彈簧或液壓彈簧。當(dāng)多個(gè)彈簧元件以一定方式排列，彈簧元件兩端分別固定在兩個(gè)安裝板上，當(dāng)多個(gè)彈簧元件分別施加不同的氣壓或液壓，兩個(gè)安裝板即出現(xiàn)相對(duì)彎曲、扭曲、扭轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征是每個(gè)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上氣動(dòng)或液壓彈性體的雙體或多體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，利用該機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行串并聯(lián)，可以制作出模仿蛇體或是章魚的觸手的機(jī)器人。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中(關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng))不再采用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)、直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而是采用CPU/PLC精確控制的氣壓或液壓位置閉環(huán)控制。其控制管線敷設(shè)于由椎孔形成的通道內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，為提高氣運(yùn)動(dòng)精度，相對(duì)應(yīng)的活結(jié)必須采用單元隔板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，制作的機(jī)器人?？刂茪鈩?dòng)或液壓壓力，可以使機(jī)器人主體伸長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，當(dāng)與連桿組合時(shí)，可組成關(guān)節(jié)機(jī)器人。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，采用氣動(dòng)或液壓控制其伸長(zhǎng)和收縮的元器件，氣動(dòng)或液壓控制可以是數(shù)控的，也可以不是數(shù)控的。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種液壓(氣動(dòng))控制的可做彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的三維彎曲、扭曲、伸長(zhǎng)、收縮，利用該機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行串并聯(lián)，制作出模仿蛇身體或是章魚的觸手的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)可以精確控制的彎曲、扭曲、蛇行等動(dòng)作，即模仿蛇類或是(章魚的觸手)的大部分動(dòng)作，而這種動(dòng)作在某些場(chǎng)合是唯一可行的需求方案。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：采用氣動(dòng)或液壓作用下可以伸長(zhǎng)和收縮的元器件，當(dāng)多個(gè)彈簧元件以一定方式排列，彈簧元件兩端分別固定在兩個(gè)安裝板上，當(dāng)多個(gè)彈簧元件分別施加不同的氣壓或液壓，兩個(gè)安裝板即出現(xiàn)相對(duì)彎曲。
【IPC分類】B25J17-02
【公開號(hào)】CN104858889
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410339201
【發(fā)明人】都瑛娜, 杜正闊, 杜澤厚
【申請(qǐng)人】都瑛娜, 杜正闊, 杜澤厚
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2014年7月12日