一种刚柔结合的关节结构

1.本实用新型涉及关节结构技术领域，具体领域为一种刚柔结合的关节结构。


背景技术：

2.现有机器人、自动化执行机构的运动关节结构在设计时采用的材料种类较为单一，要么是通体使用刚性材料；要么整体结构都使用柔性材料，整体采用刚性材料设计的关节结构，关节处通过铰链结构进行连接，可以实现旋转运动，但这种结构运动方式较为单一，且这种结构整体刚度较大，在与外界环境接触时需要进行精确的控制，否则整体结构对外界环境施加的作用力较大时，有可能会对外界环境造成破坏。柔性材料整体阻抗低、易形变且形变方式多样，整体使用柔性材料设计的关节结构具有较高的自由度，发生形变的方式多样。目前也有些机器人在关节处引入柔性材料，但通常只是用柔性材料简单链接刚性材料发生弯曲变化，没有充分利用柔性材料形变方式多样的特点。


技术实现要素：

3.有鉴于此，针对上述的问题，提供一种刚柔结合的关节结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种刚柔结合的关节结构，包括两刚性材料固定件和柔性部件；
5.所述柔性部件与两所述刚性材料固定件交替分布。
6.优选的，所述刚性材料固定件上纵向贯穿设有穿梭孔。
7.优选的，所述穿梭孔内插设有驱动绳。
8.优选的，所述驱动绳的端头处设有驱动绳固定夹。
9.优选的，所述刚性材料固定件上设有多个第一通孔。
10.优选的，所述刚性材料固定件的材质为尼龙、铝、钢。
11.优选的，所述柔性部件上设有多个第二通孔。
12.优选的，所述柔性部件的中部设有充气腔。
13.优选的，所述充气腔为弹簧状充气腔，且所述柔性部件的端头处设有气嘴，并连通于所述充气腔的腔内。
14.优选的，所述柔性部件的材质为柔性材料。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用刚性材料固定件和柔性部件相结合的方式设计关节结构，利用柔性部件实现关节的多种运动方式，利用刚性材料固定件提高整体结构刚度和负载能力，通过柔性材料易形变的特性使得刚柔结合的关节结构较通体由刚性材料设计的关节结构具备更多运动方式；与此同时，得益于刚柔结合关节结构中刚性材料的存在，刚柔结合的关节结构较通体由柔性材料构成的关节结构具有更高的结构强度和更大的负载，可用于机器人手臂、机器人手爪以及其他自动化执行机构的运动关节构成。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例1的主视示意图；
17.图2为本实用新型实施例1的斜视示意图；
18.图3为柔性部件的剖面结构示意图；
19.图4为刚性材料固定件的斜视示意图；
20.图5为本实用新型实施例2的主视示意图；
21.图6为本实用新型实施例2的侧视示意图；
22.图7为实施例2柔性材料加工件发生弯曲运动时的侧视示意图；
23.图8为实施例2柔性材料加工件发生压缩运动时的侧视示意图；
24.图9为实施例2柔性材料加工件发生伸长运动时的侧视示意图。
25.图中：1、刚性材料固定件；2、柔性材料加工件；2-1、柔性部件；3、第一通孔；4、驱动绳；5、驱动绳固定夹；6、充气腔；7、气嘴；8、第二通孔；9、穿梭孔。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.实施例1：请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种刚柔结合的关节结构，包括两刚性材料固定件1和柔性部件2-1；
28.柔性部件2-1与两刚性材料固定件1交替分布，在两端的刚性结构固定件1上可以添加柔性部件2-1后对结构进行扩展，扩展成多关节刚柔结合的关节结构，由于柔性部件2-1的刚度较小且柔性材料具有多种运动姿态的特点，刚柔结合的关节结构可以实现弯曲运动、压缩运动以及伸长运动等三种基本运动，弯曲运动主要是柔性部件2-1的形状发生改变，压缩运动主要是柔性材料的长度变短，伸长运动主要是柔性材料的长度变长。
29.具体而言，刚性材料固定件1上纵向贯穿设有穿梭孔9，且穿梭孔9的中轴线与刚性材料固定件1的中轴线相重合。
30.具体而言，穿梭孔9内插设有驱动绳4，在驱动绳4上施加拉力，刚性材料固定件1和柔性部件2-1相结合的关节结构可以实现弯曲运动。
31.具体而言，驱动绳4的端头处设有驱动绳固定夹5，设置的驱动绳固定夹5能够避免驱动绳4从穿梭空9内滑落，使驱动绳4可以始终保持在穿梭孔9内的同一位置。
32.具体而言，刚性材料固定件1上设有多个第一通孔3，第一通孔3分别设置在刚性材料固定件1的边角处。
33.具体而言，刚性材料固定件1的材质为尼龙、铝、钢，同时还包含抗压强度高的所有常见加工材料。
34.具体而言，柔性部件2-1上设有多个第二通孔8，第二通孔8的位置与其对应侧的第一通孔3的位置相对应。
35.具体而言，柔性部件2-1的中部设有充气腔6，保持充气腔6内可充气内腔的大气压为标准大气压，在驱动绳4上施加拉力，刚性材料固定件1和柔性部件2-1相结合的关节结构
可以实现弯曲运动。
36.具体而言，充气腔6为弹簧状充气腔，且柔性部件2-1的端头处设有气嘴7，并连通于充气腔6的腔内，可充气的充气腔6通过气嘴7可以与外界气源形成通路，通过气嘴7对充气腔6的内腔进行充气，使其内部压力大于标准大气压，此时弹簧形状的柔性部件2-1即可实现伸长运动，通过气嘴7对充气腔6内腔进行抽气，使其内部压力低于标准大气压，此时弹簧形状的柔性部件2-1即可实现压缩运动，通过气嘴7对充气腔6进行充气，使其内部压力大于标准大气压，并且驱动绳4上施加拉力，此时弹簧形状的性关节2-1即可实现伸长弯曲运动，通过气嘴7对充气腔6进行抽气，使其内部压力低于标准大气压，并且驱动绳4上施加拉力，此时弹簧形状的性关节2-1即可实现压缩弯曲运动。
37.具体而言，柔性部件2-1的材质为柔性材料，柔性材料的阻抗特性需要较低、具有回弹力、较好的延展性和气密性，如用硅胶材质和pvc等材质。
38.工作原理：本实用新型在工作时，采用刚性材料固定件1和柔性部件2-1相结合的方式设计关节结构，刚性材料固定件1和柔性部件2-1之间通过其上设置的第一通孔3和第二通孔8来相互连接，第一通孔3和第二通孔8之间可通过螺栓进行连接，也可通过其他连接件进行连接，利用柔性部件2-1实现弯曲运动、压缩运动和伸长运动三种基本运动方式，除此之外，柔性部件2-1的弯曲运动也可以与其压缩运动和伸长运动进行结合，实现弯曲压缩运动和弯曲伸长运动，利用刚性材料固定件1提高整体结构刚度和负载能力，通过柔性部件2-1所使用柔性材料易形变的特性使得刚柔结合的关节结构较通体由刚性材料设计的关节结构具备更多运动方式；与此同时，得益于刚柔结合关节结构中刚性材料固定件1的存在，刚柔结合的关节结构较通体由柔性材料构成的关节结构具有更高的结构强度和更大的负载。
39.实施例2：请参阅图5-9，本实施例与实施例1的区别为，将柔性部件2-1替换为柔性材料加工件2，并取消掉驱动绳4、驱动绳固定夹5、充气腔6、气嘴7和穿梭孔9结构，在实施时刚性材料固定件1和柔性材料加工件2交替排列，由于柔性材料加工件2的刚度较小且柔性材料具有多种运动姿态的特点，刚柔结合的关节结构可以实现弯曲运动、压缩运动以及伸长运动等三种基本运动，当使用场合无需保持其动作状态时即可使用此实施例，加工成本低廉，使用更加方便。
40.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：包括两刚性材料固定件（1）和柔性部件（2-1）；所述柔性部件（2-1）与两所述刚性材料固定件（1）交替分布；所述刚性材料固定件（1）上设有多个第一通孔（3）。2.根据权利要求1所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述刚性材料固定件（1）上纵向贯穿设有穿梭孔（9）。3.根据权利要求2所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述穿梭孔（9）内插设有驱动绳（4）。4.根据权利要求3所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述驱动绳（4）的端头处设有驱动绳固定夹（5）。5.根据权利要求1所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述刚性材料固定件（1）的材质为尼龙、铝、钢。6.根据权利要求1所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述柔性部件（2-1）上设有多个第二通孔（8）。7.根据权利要求1所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述柔性部件（2-1）的中部设有充气腔（6）。8.根据权利要求7所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述充气腔（6）为弹簧状充气腔，且所述柔性部件（2-1）的端头处设有气嘴（7），并连通于所述充气腔（6）的腔内。9.根据权利要求1所述的一种刚柔结合的关节结构，其特征在于：所述柔性部件（2-1）的材质为柔性材料。

技术总结
本实用新型涉及一种刚柔结合的关节结构，包括两刚性材料固定件和柔性部件；所述柔性部件与两所述刚性材料固定件交替分布；所述第一刚性材料固定件的横截面为矩形，所述刚性材料固定件上纵向贯穿设有穿梭孔，所述穿梭孔内插设有驱动绳，利用柔性部件实现关节的多种运动方式，利用刚性材料固定件提高整体结构刚度和负载能力，通过柔性材料易形变的特性使得刚柔结合的关节结构较通体由刚性材料设计的关节结构具备更多运动方式；与此同时，得益于刚柔结合关节结构中刚性材料的存在，刚柔结合的关节结构较通体由柔性材料构成的关节结构具有更高的结构强度和更大的负载。更高的结构强度和更大的负载。更高的结构强度和更大的负载。


技术研发人员：仵沛宸 高杨 陈小平
受保护的技术使用者：广东省科学院智能制造研究所
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/7/28