一种模块化柔性人工肌肉关节制造技术

一种模块化柔性人工肌肉关节，本发明专利技术涉及一种肌肉关节，本发明专利技术为了解决现有柔性驱动关节结构复杂、尺寸相对庞大和多关节组合困难的问题，它包括前模块接口、后模块接口、弹性支撑梁、两个安装法兰组件和N根人工肌肉；N为大于等于3的整数，前模块接口的一端固定安装有一个安装法兰组件，后模块接口的一端固定安装有另一个安装法兰组件，弹性支撑梁的两端分别固定安装在两个安装法兰组件上，N根人工肌肉分别设置在两个安装法兰组件之间，且每根人工肌肉的两端分别与两个安装法兰组件固定连接，本发明专利技术属于柔性机器人技术领域。

A modular flexible artificial muscle joint

A modular flexible artificial muscle joint. The invention relates to a muscle joint. In order to solve the problems of complex structure, relatively large size and difficult combination of multiple joints, the present invention includes the front module interface, the rear module interface, the elastic support beam, two mounting flange components and the N root artificial muscles. N is an integer greater than 3. One end of the front module interface is fixed with one mounting flange assembly, one end of the rear module interface is fixed with another mounting flange assembly, the two ends of the elastic support beam are fixed on two mounting flange components respectively, and the N root artificial muscle is set in two installation flange components respectively. The two ends of each artificial muscle are respectively fixedly connected with the two mounting flange components, and the invention belongs to the technical field of flexible robots.

【技术实现步骤摘要】
一种模块化柔性人工肌肉关节
本专利技术涉及一种肌肉关节，本专利技术具体涉及一种模块化柔性人工肌肉关节，属于柔性机器人

技术介绍
柔性机器人技术近年来成为了机器人
的重要分支，由于传统刚性机器人自由度较少、结构刚度较大，在一些应用上存在局限性。而柔性机器人具有高灵活性、可变形性和能量吸收特性等特点，对环境具有较强的适应性，可以用更简单的方式完成一些复杂作业动作。目前应用较多的柔性机构多为电活性聚合物、绳驱动器、形状记忆合金以及流体驱动器等。这些柔性机构一般体积较大、价格昂贵且需要复杂的外部辅助系统，且难以组合使用。基于聚合物纤维(尼龙等)扭转而成的螺旋卷绕型人工肌肉驱动器迟滞小、寿命长且成本低廉(尼龙的价格约30元/公斤)，其载重能力是同等长度和重量的人体肌肉的100倍以上。且这类聚合物螺旋卷绕型人工肌肉易于、结构尺寸小、具有高度柔性和可编织特性，更易于组合使用。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有柔性驱动关节结构复杂、尺寸相对庞大和多关节组合困难的问题，进而提出一种模块化柔性人工肌肉关节。本专利技术为解决上述问题而采用的技术方案是：它包括前模块接口、后模块接口、弹性支撑梁、两个安装法兰组件和N根人工肌肉；N为大于等于3的整数，前模块接口的一端固定安装有一个安装法兰组件，后模块接口的一端固定安装有另一个安装法兰组件，弹性支撑梁的两端分别固定安装在两个安装法兰组件上，N根人工肌肉分别设置在两个安装法兰组件之间，且每根人工肌肉的两端分别与两个安装法兰组件固定连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用模块化设计，结构简单、体积小、质量轻，成本低，成本降低了20％-40％，本专利技术易于实现微型化。同时多关节间连接与拆卸简单，通过串联或并联连接易于实现多功能组合。在低成本系统搭建、柔性机器人制作、狭小空间的机械操作等领域具有广阔的应用前景，N根人工肌肉4可以独立驱动，通过N根人工肌肉4不同变形量的组合，可使关节产生沿任意方向的弯曲运动；通过控制不同人工肌肉4的变形量，可以实现柔性人工肌肉关节弯曲方向和弯曲角度大小的精确调整。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图，图1中人工肌肉4的个数为三个。图2是安装法兰组件2的示意图。图3是人工肌肉4的结构形式及其变形状态示意图。图4是是图1所示模块化柔性人工肌肉关节的弯曲运动变形示意图。图5是图1所示多个模块化柔性人工肌肉关节并联连接安装在底座6上组成柔性手爪的示意图；图6是图1所示多个模块化柔性人工肌肉关节串联连接组成柔性机械臂的示意图，其中一个前模块接口1上的燕尾形凸起与相邻后模块接口3上的燕尾形凹槽嵌装在一起。具体实施方式具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种模块化柔性人工肌肉关节，它包括前模块接口1、后模块接口3、弹性支撑梁5、两个安装法兰组件2和N根人工肌肉4；N为大于等于3的整数，前模块接口1的一端固定安装有一个安装法兰组件2，后模块接口3的一端固定安装有另一个安装法兰组件2，弹性支撑梁5的两端分别固定安装在两个安装法兰组件2上，N根人工肌肉4分别设置在两个安装法兰组件2之间，且每根人工肌肉4的两端分别与两个安装法兰组件2固定连接，弹性支撑梁5布置在两个安装法兰组件2的中心。具体实施方式二：结合图1、图4-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种模块化柔性人工肌肉关节，前模块接口1一端的端面加工有燕尾形凸起，后模块接口3的一端加工有燕尾形凹槽。前模块接口1上的燕尾形凸起与后模块接口3上的燕尾形凹槽相配合，前模块接口1和后模块接口3之间可以快速连接与拆卸，多个模块化柔性人工肌肉关节通过串联或并联连接可以组成多功能柔性机构，其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种模块化柔性人工肌肉关节，每个螺旋弹簧的初始长度与弹性支撑梁5的长度相等，其它与具体实施方式一相同。具体实施方式四：结合图3-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种模块化柔性人工肌肉关节，安装法兰组件2包括法兰板和支撑梁连接柱2-2，法兰板上沿径向均布加工有N个肌肉安装槽2-1，支撑梁连接柱2-2的一端固定安装在法兰板一端的端面上，弹性支撑梁5的两端分别与两个安装法兰组件2的支撑梁连接柱2-2固定连接，其它与具体实施方式一相同。具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种模块化柔性人工肌肉关节，人工肌肉4为聚合物纤维扭转而成的螺旋卷绕型结构，且在加热时会产生长度的变化。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种模块化柔性人工肌肉关节，人工肌肉4为聚合物纤维和金属丝共同扭转而成的螺旋卷绕型结构。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种模块化柔性人工肌肉关节，每根人工肌肉4可以独立驱动，通过N根人工肌肉不同变形量的组合，可使关节产生沿任意方向的弯曲运动；通过控制不同人工肌肉的变形量，可以实现柔性人工肌肉关节弯曲方向和弯曲角度大小的精确调整,其它与具体实施方式一相同。工作原理本专利技术中的每根人工肌肉4可以独立驱动，通过每根人工肌肉不同变形量的组合，可使关节产生沿任意方向的弯曲运动；通过控制不同人工肌肉的变形量，可以实现柔性人工肌肉关节弯曲方向和弯曲角度大小的精确调整。本专利技术的工肌肉关节末端通过前模块接口1或后模块接口3与底座6固定连接，并联形成一个柔性驱动手爪，手爪的各关节可以独立驱动；通过控制各关节的弯曲变形可以精确控制手爪的动作状态；驱动单个或多个关节向手爪内侧弯曲，产生抓取动作；驱动单个或多个关节向手爪外侧弯曲，产生释放动作，进而实现了柔性驱动手爪的基本功能。本专利技术的人工肌肉关节的首端和末端通过前模块接口1和后模块接口3依次固定连接，形成一个柔性机械臂，机械臂的各关节可以独立驱动；通过控制各关节的弯曲变形，可以精确控制柔性机械臂的空间姿态；通过多个关节的组合驱动可以实现机械臂的柔性动作，使执行末端达到目标工作点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化柔性人工肌肉关节,其特征在于：它包括前模块接口(1)、后模块接口(3)、弹性支撑梁(5)、两个安装法兰组件(2)和N根人工肌肉(4)；N为大于等于3的整数，前模块接口(1)的一端固定安装有一个安装法兰组件(2)，后模块接口(3)的一端固定安装有另一个安装法兰组件(2)，弹性支撑梁(5)的两端分别固定安装在两个安装法兰组件(2)上，N根人工肌肉(4)分别设置在两个安装法兰组件(2)之间，且每根人工肌肉(4)的两端分别与两个安装法兰组件(2)固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种模块化柔性人工肌肉关节,其特征在于：它包括前模块接口(1)、后模块接口(3)、弹性支撑梁(5)、两个安装法兰组件(2)和N根人工肌肉(4)；N为大于等于3的整数，前模块接口(1)的一端固定安装有一个安装法兰组件(2)，后模块接口(3)的一端固定安装有另一个安装法兰组件(2)，弹性支撑梁(5)的两端分别固定安装在两个安装法兰组件(2)上，N根人工肌肉(4)分别设置在两个安装法兰组件(2)之间，且每根人工肌肉(4)的两端分别与两个安装法兰组件(2)固定连接。2.根据权利要求1所述一种模块化柔性人工肌肉关节,其特征在于：前模块接口(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英想，李凯，唐心田，陈维山，刘军考，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23