一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂制造技术

本发明专利技术公开了一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，涉及爬壁机器人技术领域，包括气动旋转关节与可变刚度扭关节；气动旋转关节包括旋转关节外壳，旋转关节外壳内部设置有限位器和旋转气囊；限位器包括限位销、第一限位片和第二限位片；所述第一限位片和第二限位片可转动的设置在所述限位销上构成一个旋转副；所述旋转气囊设置在所述第一限位片和第二限位片之间；可变刚度扭转关节包括核心刚度气囊、第一气囊和第二气囊；可变刚度扭转关节的第一端与穿过所述旋转关节外壳上的通孔与所述第二限位片固定连接。本发明专利技术设有气动旋转关节和可变刚度扭关节，使小臂具备旋转与扭转两个自由度，可有效解决机器人运动之中粘附失效与粘脱附冲击等问题。与粘脱附冲击等问题。与粘脱附冲击等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂


[0001]本专利技术涉及爬壁机器人
，具体是一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂。

技术介绍

[0002]特种机器人主要应用于专业领域，一般由经过专门培训的人员操作或使用，辅助或代替人工执行任务。特种机器人可应用于未知空间探测、危险环境作业等，复杂的环境对特种机器人的三维空间运动能力提出巨大的挑战。仿壁虎爬壁机器人属于特种机器人的一种，通过粘附脚掌的设计可实现针对竖直面或陡峭面的攀爬。在传统足式仿壁虎粘附机器人的设计之中(专利CN106515893B、专利CN100469538、专利CN101353064B、专利CN113212584A等)，仿生壁虎机器人的四肢均为刚性构件，采取电机/舵机驱动，仿生壁虎机器人的四肢一般包括大臂、小臂和脚掌，小臂仅具备相对于大臂的旋转自由度，在运动之中存在黏附失效与粘脱附冲击等问题。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术中，仿生壁虎机器人的四肢在运动过程中存在黏附失效与粘脱附冲击的问题，提供一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂。
[0004]技术方案：一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，包括气动旋转关节与可变刚度扭关节；所述气动旋转关节包括旋转关节外壳，所述旋转关节外壳内部设置有限位器和旋转气囊；所述限位器包括限位销、第一限位片和第二限位片；所述第一限位片和第二限位片可转动的设置在所述限位销上构成一个旋转副；所述旋转气囊设置在所述第一限位片和第二限位片之间，且所述旋转气囊相对的两侧面分别与所述第一限位片和第二限位片固定连接；所述第一限位片和第二限位片远离所述旋转气囊的侧面上分别设有第一限位块和第二限位块；所述第一限位片与所述旋转关节外壳的内壁固定连接；所述限位销通过轴承固定在所述旋转关节外壳上；所述可变刚度扭转关节包括核心刚度气囊、第一气囊和第二气囊；所述第一气囊和第二气囊在折叠出多个倾斜的第一褶皱与第二褶皱后通过超声波焊机的焊点点焊在所述核心刚度气囊相对的两侧面上，所述第二褶皱的面积大于第一褶皱的面积；所述可变刚度扭转关节的第一端与穿过所述旋转关节外壳上的通孔与所述第二限位片固定连接。
[0005]进一步的，所述旋转关节外壳的外壁与仿生壁虎机器人的大臂固定连接；所述可变刚度扭转关节的第二端与仿生壁虎机器人的脚掌连接。
[0006]进一步的，所述第一限位块和第二限位块均包括固定件和活动件；所述固定件上设有凹槽，所述活动件的第一端嵌设在所述固定件上的凹槽内，所述凹槽的底面与所述固定件的第一端之间设有弹簧；所述固定件与所述第一限位片和第二限位片均通过螺栓固定连接；所述活动件为弧形件，且所述弧形件的圆心为所述限位销。
[0007]进一步的，所述旋转气囊为四片纤维
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TPU复合织物经超声波焊机焊接而成的V型
气囊，所述V型气囊的两外侧面与所述第一限位片和第二限位片固定连接；所述纤维
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TPU复合织物由布料与TPU经热压而成。
[0008]进一步的，所述脚掌为仿生壁虎粘附脚掌，所述仿生壁虎粘附脚掌上设有粘附皮瓣，所述粘附皮瓣粘贴有仿生干性粘附材料，所述仿生干性粘附材料为仿壁虎刚毛的微纳米结构。
[0009]进一步的，所述核心刚度气囊与第一气囊、第二气囊均由两片纤维
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TPU复合织物经超声波焊机焊接而成；所述第一气囊和第二气囊上的第一褶皱、第二褶皱的倾斜方向与密集程度一致。
[0010]进一步的，所述仿生壁虎气动小臂设有一条气路，所述旋转气囊、核心刚度气囊、第一气囊和第二气囊均与所述气路连通。
[0011]进一步的，所述仿生壁虎气动小臂设有两条气路，分别为第一气路和第二气路；所述核心刚度气囊、第一气囊和第二气囊均与所述第一气路连通，所述旋转气囊与所述第二气路连通。
[0012]进一步的，所述仿生壁虎气动小臂设有三条气路，分别为第一气路、第二气路和第三气路；所述第一气囊和第二气囊均与所述第一气路连通，所述核心刚度气囊与所述第二气路连通，所述旋转气囊与所述第三气路连通。
[0013]进一步的，所述仿生壁虎气动小臂设有四条气路，所述核心刚度气囊，第一气囊和第二气囊、旋转气囊分别与四条所述气路一一连通。
[0014]有益效果：本专利技术仿生壁虎气动小臂采用气驱动，设有气动旋转关节和可变刚度扭关节，使小臂具备旋转与扭转两个自由度。扭转自由度可以更好的仿生壁虎肢体的运动行为，优化脚掌粘附切入姿态与脚掌脱附角，吸收仿生壁虎机器人在运动过程其脚掌与目标表面因面接触而产生的扭转力矩、滚转力矩等。气驱动自带柔性具备良好冲击吸收能力，可以有效的解决粘脱附冲击问题。同时气动小臂的设计减轻了仿壁虎机器人的重量并增强其运动性能。
附图说明
[0015]图1为本专利技术可变刚度仿生壁虎气动臂粘附状态示意图；
[0016]图2为本专利技术可变刚度仿生壁虎气动臂的初始状态示意图；
[0017]图3为本专利技术气动旋转关节充气膨胀状态结构示意图；
[0018]图4为本专利技术第一限位块的结构示意图；
[0019]图5为本专利技术可变刚度扭转关节结构未充气状态时的爆炸图；
[0020]图中标号：大臂
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1；气动旋转关节
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2；可变刚度扭关节
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3；脚掌
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4；旋转关节外壳
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5；粘附皮瓣
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6；第一限位片
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7；旋转气囊
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8；第二限位片
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9；固定件
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10；弹簧
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11；第二限位块
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12；活动件
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13；轴承
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14；第一限位块
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15；螺栓
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16；限位销
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17；第一气囊
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18；核心刚度气囊
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19；第二气囊
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20；第一褶皱
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21；第二褶皱
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22；焊点
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23。
具体实施方式
[0021]下面通过附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于实施例。
[0022]如图1
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图5所示，一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，包括气动旋转关节2与可变刚度扭关节3。
[0023]所述气动旋转关节2包括旋转关节外壳5，所述旋转关节外壳5内部设置有限位器和旋转气囊8；所述限位器包括限位销17、第一限位片7和第二限位片9；所述第一限位片7和第二限位片9可转动的设置在所述限位销17上构成一个旋转副；所述旋转气囊8设置在所述第一限位片7和第二限位片9之间，且所述旋转气囊8相对的两侧面分别与所述第一限位片7和第二限位片9固定连接；所述第一限位片7和第二限位片9远离所述旋转气囊8的侧面上分别设有第一限位块15和第二限位块12；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，其特征在于，包括气动旋转关节与可变刚度扭关节；所述气动旋转关节包括旋转关节外壳，所述旋转关节外壳内部设置有限位器和旋转气囊；所述限位器包括限位销、第一限位片和第二限位片；所述第一限位片和第二限位片可转动的设置在所述限位销上构成一个旋转副；所述旋转气囊设置在所述第一限位片和第二限位片之间，且所述旋转气囊相对的两侧面分别与所述第一限位片和第二限位片固定连接；所述第一限位片和第二限位片远离所述旋转气囊的侧面上分别设有第一限位块和第二限位块；所述第一限位片与所述旋转关节外壳的内壁固定连接；所述限位销通过轴承固定在所述旋转关节外壳上；所述可变刚度扭转关节包括核心刚度气囊、第一气囊和第二气囊；所述第一气囊和第二气囊在折叠出多个倾斜的第一褶皱与第二褶皱后通过超声波焊机的焊点点焊在所述核心刚度气囊相对的两侧面上，所述第二褶皱的面积大于第一褶皱的面积；所述可变刚度扭转关节的第一端与穿过所述旋转关节外壳上的通孔与所述第二限位片固定连接。2.根据权利要求1所述的一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，其特征在于，所述旋转关节外壳的外壁与仿生壁虎机器人的大臂固定连接；所述可变刚度扭转关节的第二端与仿生壁虎机器人的脚掌连接。3.根据权利要求1所述的一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，其特征在于，所述第一限位块和第二限位块均包括固定件和活动件；所述固定件上设有凹槽，所述活动件的第一端嵌设在所述固定件上的凹槽内，所述凹槽的底面与所述固定件的第一端之间设有弹簧；所述固定件与所述第一限位片和第二限位片均通过螺栓固定连接；所述活动件为弧形件，且所述弧形件的圆心为所述限位销。4.根据权利要求1所述的一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，其特征在于，所述旋转气囊为四片纤维
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【专利技术属性】
技术研发人员：王周义，尹潇，袁清松，翁志远，戴振东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：