一种气动变刚度关节

1.本发明属于机械臂技术领域，具体涉及一种气动变刚度关节。


背景技术：

2.近年来，绳驱柔性机械臂在灾后搜救、医疗健康、航空航天等领域得到了广泛的应用。绳驱柔性机械臂利用轻质绳索驱动一系列串联关节，通过各个关节间的相互转动，实现机械臂的弯曲。绳驱柔性机械臂具有自由度多、灵巧性强的优点，对复杂、非结构化环境具有很强的适应能力，在医疗健康、航空航天等领域有重要应用。相较于传统刚性机械臂，其更高的灵活性也影响了绳驱柔性机械臂的刚度和精度，成为制约该类型机械臂发展的一大瓶颈。
3.刚度是机械臂非常重要的指标，将直接影响机械臂的精度、承载能力和抗干扰能力。对于不同的任务，需要不同的刚度以满足任务需求。当柔性绳驱机械臂需要进入非结构化的复杂环境时，常需要较高自由度、灵活度，自由度、灵活度越高，相反的刚度就需要越低；而当柔性绳驱机械臂需要承载较大负载或更高的运动精度时，则需要高的刚度来保证。变刚度技术作为柔性机械臂的重要使能技术之一，通过刚度调整可以很好的改善柔性机械臂的刚度问题，使柔性机械臂在承载能力和灵活运动之间取得平衡，以适用不同的任务需求。
4.目前常见的变刚度方法为颗粒阻塞法和驱动绳张力调节法。颗粒阻塞法通过调节颗粒之间的作用力，调节柔性机械臂刚度。驱动绳张力调节法通过改变驱动线缆的拉力来改变驱动线缆的刚度进而改变绳驱柔性机械臂的刚度。颗粒阻塞法调节响应慢，不能较好地适应不同的工作任务。驱动绳张力调节法只是调节了驱动绳的刚度，并没有调节绳驱柔性机械臂骨架的刚度，因此使绳驱柔性机械臂刚度受制于骨架刚度。


技术实现要素：

5.针对现有技术中变刚度方法的问题，提供了一种气动变刚度关节。
6.一种气动变刚度关节，包括上基座、下基座、十字节，其中上基座上的两个第一吊耳与十字节转动连接，下基座上的两个第二吊耳与十字节转动连接，第一吊耳内安装有第一气囊，第一气囊与十字节的转轴摩擦接触，第二吊耳内安装有第二气囊，该第二气囊与十字节的转轴摩擦接触。
7.其中，所述气动变刚度关节，第一吊耳内还安装第一轴承，第一轴承套装在十字节的转轴上。
8.其中，所述气动变刚度关节，第二吊耳内还安装第二轴承，第二轴承套装在十字节的转轴上。
9.其中，所述气动变刚度关节，上基座上开设第一通气管道，第一通气管道中设置通气管路，通气管路为第一气囊输送压缩气体。
10.其中，所述气动变刚度关节，下基座上开设第二通气管道，第二通气管道中设置通
气管路，通气管路为第二气囊输送压缩气体。
11.本发明的有益效果：1.通过在气囊中充入不同压强的气体，便可以实现气囊与转轴之间摩擦力的调节，进而调节关节刚度，刚度无级调节，不同气压下对应不同刚度，可控性更强；2.气动变刚度关节与连杆模块化设计，可根据需要添加气动变刚度关节与连杆，增加绳驱柔性机械臂长度与自由度，使绳驱柔性机械臂更好的适应任务需要。
附图说明
12.图1为本发明实施例的关节示意图；图2为图1的剖视图；图3为图1的剖视图；图4为图1的剖视图；图5为本发明实施例关节和连杆的连接示意图；图6为本发明实施例机械臂的示意图。
具体实施方式
13.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚， 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是， 此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需 要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
14.参见图1-图5，本实施例提供一种气动变刚度关节。
15.如图1、2、3所示，包括上基座1、下基座2、十字节3，其中上基座1上的两个第一吊耳13与十字节3转动连接，下基座2上的两个第二吊耳与十字节3转动连接，第一吊耳13内安装有第一气囊14，第一气囊14与十字节3的转轴摩擦接触，第二吊耳23内安装有第二气囊24，该第二气囊24与十字节3的转轴摩擦接触。
16.如图2所示，第一吊耳13内还安装第一轴承15，第一轴承15套装在十字节3的转轴上。
17.如图3所示，第二吊耳23内还安装第二轴承25，第二轴承25套装在十字节3的转轴上。
18.如图2所示，上基座1上开设第一通气管道16，第一通气管道16中设置通气管路，通气管路为第一气囊14输送压缩气体。
19.如图3所示，下基座2上开设第二通气管道26，第二通气管道26中设置通气管路，通气管路为第二气囊24输送压缩气体。
20.如图1所示，上基座1上开设穿绳孔11以及法兰连接孔12，上基座1与连杆4法兰连接。
21.如图4所示，气动变刚度关节与连杆4交替连接组成了机械臂，通过绳驱以及驱动电机来驱动机械臂动作，如图5所示。
22.气动变刚度关节原理说明：本机构采用十字节、气囊，并结合摩擦调节刚度原理而设计。
23.由十字节连接两个基座。气囊外壁固定在基座内壁上，气囊内侧与转轴摩擦接触。刚度为抵抗变形的能力。气囊内部充入不同压强的气体时，便可以调节气囊与转轴之间的摩擦力。气囊与转轴之间的摩擦力越大，关节的刚度就越大；气囊与转轴之间的摩擦力越小，关节的刚度就越小。根据不同任务的需要，调整输送通入气囊的气体压强，实现刚度的调节。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顺时针”和“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述 本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实 施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变， 这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的 权利要求书及其等效物界定。


技术特征：
1.一种气动变刚度关节，其特征在于，包括上基座(1)、下基座(2)、十字节(3)，其中上基座(1)上的两个第一吊耳(13)与十字节(3)转动连接，下基座(2)上的两个第二吊耳与十字节(3)转动连接，第一吊耳(13)内安装有第一气囊(14)，第一气囊(14)与十字节(3)的转轴摩擦接触，第二吊耳(23)内安装有第二气囊(24)，该第二气囊(24)与十字节(3)的转轴摩擦接触。2.如权利要求1所述的气动变刚度关节，其特征在于，第一吊耳(13)内还安装第一轴承(15)，第一轴承(15)套装在十字节(3)的转轴上。3.如权利要求1所述的气动变刚度关节，其特征在于，第二吊耳(23)内还安装第二轴承(25)，第二轴承(25)套装在十字节(3)的转轴上。4.如权利要求1所述的气动变刚度关节，其特征在于，上基座(1)上开设第一通气管道(16)，第一通气管道(16)中设置通气管路，通气管路为第一气囊(14)输送压缩气体。5.如权利要求1所述的气动变刚度关节，其特征在于，下基座(2)上开设第二通气管道(26)，第二通气管道(26)中设置通气管路，通气管路为第二气囊(24)输送压缩气体。

技术总结
本发明公开了一种气动变刚度关节，包括上基座、下基座、十字节，其中上基座上的两个第一吊耳与十字节转动连接，下基座上的两个第二吊耳与十字节转动连接，第一吊耳内安装有第一气囊，第一气囊与十字节的转轴摩擦接触，第二吊耳内安装有第二气囊，该第二气囊与十字节的转轴摩擦接触。本发明的有益效果：通过在气囊中充入不同压强的气体，便可以实现气囊与转轴之间摩擦力的调节，进而调节关节刚度，刚度无级调节，不同气压下对应不同刚度，可控性更强，气动变刚度关节与连杆模块化设计，可根据需要添加气动变刚度关节与连杆，增加绳驱柔性机械臂长度与自由度，使绳驱柔性机械臂更好的适应任务需要。务需要。务需要。


技术研发人员：王昌辉 李文丞 张龙 袁港 柴永生 梁美
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：2023.08.25
技术公布日：2023/10/8