一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂

技术领域

本发明涉及一种气驱线控的伸缩型软体机械臂，属于软体机器人技术领域。

背景技术

机器人技术在当今社会中的工业生产、军事、科学探测和航天航空领域中得到了广泛的应用。传统机器人一般由刚性关节和刚性连杆连接构成，这种机器人具有运动精确的优点，但结构的刚性使其环境适应性较差，在狭窄空间内的运动受到限制。柔性机器人技术一直以来都是机器人技术领域的重要分支，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，拥有连续变形机体结构，能实现多自由度的复杂运动。

从驱动方式上来说，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。虽然这些柔性机构的驱动方式不尽相同，但功能上基本上都是用以实现弯曲运动和抓取物体运动，从当前研究现状来看，柔性关节主要采用单一驱动方式，采用单一驱动方式的柔性关节，难以同时实现柔性关节的伸缩和姿态调整功能，而且采用组合驱动方式的柔性关节体积较大，需要较为复杂的外部辅助系统，难以组合使用。

因此，亟需提出一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决采用单一驱动方式的柔性关节，难以同时实现柔性关节的伸缩和姿态调整功能，而且采用组合驱动方式的柔性关节体积较大，需要较为复杂的外部辅助系统，难以组合使用的问题，提供一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，包括驱动安装底座、波纹管、绳索和法兰，所述波纹管、若干绳索的两端设置有驱动安装底座和法兰，改变绳索的长度实现波纹管的角度调节，改变气调节波纹管内气压实现硅胶波纹管伸长或缩短。

优选的：所述绳索的数量为三个以上，若干绳索周向等距布置在波纹管外侧。

优选的：所述驱动安装底座内通过螺栓安装有电机和气泵，所述驱动安装底座上加工有气孔和若干第一安装孔，气泵通过气孔与波纹管内部连通，电机的输出端设置有轮盘，绳索的一端穿过第一安装孔缠绕在轮盘上。

优选的：所述法兰上加工有第二安装孔，第一安装孔与第二安装孔同轴设置，绳索的另一端与第二安装孔固定或可拆卸连接。

优选的：波纹管为硅胶波纹管。

优选的：若干气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂可首尾连接。

优选的：若干气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂可通过驱动安装底座安装在安装盘上。

本发明具有以下有益效果：

本发明结构巧妙，使用简便，体积小重量轻，成本低廉，具有较高的折叠率、更好灵活性和安全性，在非结构化的环境中，具有更强的适应性；

本发明通过气泵向柔性气囊内充气从而实现柔性关节的回缩伸长，通过步进电机带动拉绳伸缩从而改变柔性关节的运动方向，利用绳索驱动和充气驱动相结合的混合驱动模式，可同时实现伸缩、角度等姿态调节，控制更加容易，响应速度更快；

本发明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。

附图说明

图1为一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂的未充气状态示意图；

图2为一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂的充气状态示意图；

图3为一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂的未充气；

图4为一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂的弯曲运动变形示意图；

图5为一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂的并联示意图；

图6为一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂的的串联示意图。

图中：1-驱动安装底座，2-波纹管，3-绳索，4-法兰。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1-6说明本实施方式，本实施方式的一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，包括驱动安装底座1、波纹管2、绳索3和法兰4，所述波纹管2、若干绳索3的两端设置有驱动安装底座1和法兰4，驱动安装底座1控制绳索3的长度实现波纹管2的弯曲角度调节，驱动安装底座1通过充放气调节波纹管2内气压实现硅胶波纹管伸长或缩短。

具体实施方式二：结合图1-6说明本实施方式，本实施方式的一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，所述绳索3的数量为三个以上，若干绳索3周向等距布置在波纹管2外侧；所述绳索3外侧套装有弹性套管，弹性套管与波纹管的侧壁固定连接，使伸缩随波纹管的形状进行伸缩，避免剐蹭，增加使用寿命，增加使用的可靠性；绳索3可以通过驱动安装底座进行独立驱动，通过若干绳索不同变形量的组合，可使柔性关节产生沿任意方向的弯曲运动；通过控制不同绳索的变形量，可以实现柔性关节弯曲方向和弯曲角度大小的精确调整。

具体实施方式三：结合图1-6说明本实施方式，本实施方式的一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，所述驱动安装底座1内通过螺栓安装有电机和气泵，所述驱动安装底座1上加工有气孔和若干第一安装孔，气泵通过气孔与波纹管2内部连通，电机为步进电机，电机的输出端设置有轮盘，绳索3的一端穿过第一安装孔缠绕在轮盘上，硅胶波纹管2密封安装在驱动安装1底座和安装法兰4上；通过气泵向柔性气囊内(波纹管内部)充气从而实现柔性关节的回缩伸长，通过步进电机带动拉绳伸缩从而改变柔性关节的运动方向，利用绳索驱动和充气驱动相结合的混合驱动模式，控制更加容易，响应速度更快。

具体实施方式四：结合图1-6说明本实施方式，本实施方式的一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，所述法兰4上加工有第二安装孔，第一安装孔与第二安装孔同轴设置，绳索3的另一端与第二安装孔固定或可拆卸连接。

具体实施方式五：结合图2-3说明本实施方式，本实施方式的一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，波纹管2硅胶浇筑工艺制作而成，通过驱动安装底座1的通气孔(气孔)充放气调节气压，从而使硅胶波纹管伸长或缩短；本发明主体结构采用硅胶浇筑而成，结构简单，使用简便，体积小重量轻，成本低廉，具有较高的折叠率、更好灵活性和安全性，在非结构化的环境中，具有更强的适应性。

具体实施方式六：结合图1-6说明本实施方式，本实施方式的一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂采用模块化设计，多个模块可串联、并联可拆卸组合，若干气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂可首尾连接形成一组机械抓，进行串联；通过将种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂的首端和末端通过驱动安装底座1和安装法兰4固定连接，形成一个柔性机械臂(机械抓)，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。

具体实施方式七：结合图1-6说明本实施方式，本实施方式的一种气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂，若干气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂可通过驱动安装底座1安装在安装盘上，进行并联，机械抓端部的驱动安装底座1与安装盘固定连接；三个或三个以上气驱线控的模块化伸缩型软体机械臂周向布置，且末端通过驱动安装底座1与底座(安装盘)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；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。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。