气控型刚柔耦合模块化软体机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，包括用于通过对内腔进行单向充气或放气控制以控制机械臂运动的气囊结构，气囊结构包括至少一个气囊模块，气囊模块采用沿周向排布的多个气囊体组合构成，气囊模块上设有用于沿径向拉结气囊模块的所述气囊体的固定结构，多个固定结构沿气囊模块轴向间隔排布，用于提高机械臂的负载能力并使所述气囊模块的所有气囊体相互做耦合运动。本发明专利技术的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，通过沿径向拉结气囊模块的气囊体的固定结构，以实现气囊模块的各个气囊体之间在不同轴段位置的耦合运动，并提高了机械臂的负载能力，便于携带质量较大的物体运动。

【技术实现步骤摘要】
气控型刚柔耦合模块化软体机械臂
本专利技术涉及机械臂
，特别地，涉及一种气控型刚柔耦合模块化软体机械臂。
技术介绍
机械臂主要用于调节所携带的物体的运动姿态和运动路径使其移动至目标位置。现有的机械臂分为刚性机械臂和软体机械臂。刚性机械臂通过伸缩动力机构和转向机构相互配合以实现机械臂的灵活运动，刚性机械臂的控制精度高，但运动范围比较小，无法设置复杂的运动路径。软体机械臂的研究主要受到自然界中的软体动物(如章鱼、象鼻等)的运动模式启发，通过软性材料搭配气动控制系统，实现超冗余和无限自由度的柔顺运动。软体机械臂因其柔性结构特性，使其在复杂未知环境探测、人机友好交互等方面，都具有刚性机械臂难以匹敌的优势。现有的软体机械臂通过控制气囊腔的充气和放气以实现软体机械臂的运动，但由于其结构的柔性，导致控制精度很难保证，并且负载能力差，无法负载质量大的物体。
技术实现思路
本专利技术提供了一种气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，以解决现有的软体机械臂负载能力差和控制精度低的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，包括用于通过对内腔进行单向充气或放气控制以控制机械臂运动的气囊结构，气囊结构具有与气路控制系统连接并用于通过气路控制系统对气囊结构内腔进行充气或放气控制的通气端以及与待控制物体连接并用于通过密封以形成内腔并通过内腔气压形成的伸缩力控制待控制物体运动的密闭端，气囊结构包括至少一个气囊模块，气囊模块采用沿周向排布的多个气囊体组合构成，气囊模块上设有用于沿径向拉结气囊模块的气囊体的固定结构，多个固定结构沿气囊模块轴向间隔排布，用于提高机械臂的负载能力并使气囊模块的各个气囊体相互做耦合运动。进一步地，气囊结构采用单个气囊模块；或者气囊结构采用多个气囊模块，多个气囊模块沿轴向首尾密封连接构成气囊模块组件。进一步地，气囊模块中气囊体的个数为偶数，两个气囊体为一组，每组气囊体沿气囊结构的轴线对称分布，通过向所述每组气囊体中的其中一个气囊体充气以升高气压，而将另一个气囊体充气以升高气压、保持内腔气压不变或放气以降低气压，使气压高的气囊体向气压低的气囊体的方向运动。进一步地，气囊体呈波纹管状，气囊体通过充气和放气以分别控制波纹管沿轴向拉伸和收缩以调整气囊体的运动方向；固定结构环箍于气囊体的外壁面的波谷处以将气囊模块的气囊体结固定。进一步地，波纹管状的气囊体内壁面的内波谷腔的容积大于波纹管状的气囊体外壁面的外波谷腔，通过增大内波谷腔中气体量的变化范围以增加气囊体的轴向拉伸能力和收缩能力。进一步地，固定结构为设有带多个固定孔的多孔隔板，固定孔与气囊体一一对应布设，固定孔设有用于气囊体进入固定孔内的开口槽，多孔隔板的中心处设有用于穿设气体管路、绳索、电缆中的至少一个的隔板中心孔。进一步地，开口槽上设有用于将气囊体锁定于固定孔内的锁止件。进一步地，气囊模块的第一端设有用于将各个气囊体的第一端的开口密封并将各个气囊体第一端拉结固定成一体的顶部基座，气囊模块的第二端设有用于将各个气囊体的第二端拉结固定成一体并构成各个气囊体内腔的进气通道的底部基座，多个气囊模块首尾密封连接，相邻两气囊模块之间通过顶部基座与底部基座首尾密封连接形成气囊模块组件。进一步地，气囊体的第一端设有用于安装顶部基座的顶部法兰盘，气囊体的第二端设有用于安装底部基座的底部法兰盘。进一步地，顶部基座包括多个连接公头、设于连接公头内并位于气囊体的第一端的开口上方的密封塞以及与用于穿设气体管路、绳索、电缆中至少一个的顶座中心孔，顶部基座通过多个密封塞分别将各个气囊体的第一端的开口密封；底部基座包括多个连接母头、设于连接母头内并与气囊体内腔连通的通气孔、与连接母头内壁面面贴合密封连接的通气塞以及用于穿设气体管路、绳索、电缆中至少一个的底座中心孔以及与通气孔相对的通气凹槽以及与通气凹槽连通并用于连接进气管路的进气道，底部基座通过多个通气塞分别将各个所述气囊体的第二端的开口与进气管连接。。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，分别控制沿周向排布的各个气囊体中气体量和气体压力，充气后气体压力升高的气囊体膨胀延长，而放气后气体压力降低的气囊体收缩缩短。在固定结构的拉结作用下，膨胀延长的气囊体朝向气压低的气囊体方向作弯曲和伸长运动，以实现软体机械臂向不同的方向弯曲和伸长运动；在固定结构的拉结作用下，收缩缩短的气囊体朝向远离气压高的气囊体方向作折弯和缩短运动，以实现软体机械臂向不同的方向折弯和缩短运动。多个气囊体也提高了软体机械臂的负载能力；通过沿径向拉结气囊模块的气囊体的固定结构，以将气囊模块的多个气囊体拉结成一体，且多个固定结构沿气囊结构轴向间隔排布，以实现气囊模块的各个气囊体之间在不同轴段位置的耦合运动，避免由于各个气囊体内气体量和气体压力的不同而向不同的方向运动导致机械臂运动不可控的问题；通过沿气囊结构轴向排布的多个固定结构将气囊体连接，进一步提高了机械臂的负载能力，便于携带质量较大的物体运动。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的气囊模块的结构示意图；图3是本专利技术优选实施例的气囊体的结构示意图；图4是本专利技术优选实施例的气囊体的剖面结构示意图；图5是本专利技术优选实施例的多孔隔板的结构示意图；图6是本专利技术优选实施例的顶部基座的结构示意图；图7是本专利技术优选实施例的底部基座的结构示意图；图8是本专利技术优选实施例的密封塞的结构示意图；图9是本专利技术优选实施例的通气塞的结构示意图。图例说明：1、气囊模块；2、气囊体；21、顶部法兰盘；22、底部法兰盘；3、多孔隔板；31、固定孔；32、开口槽；33、隔板中心孔；4、顶部基座；41、连接公头；42、密封塞；43、顶座中心孔；5、底部基座；51、连接母头；52、通气塞；521、通气凹槽；522、进气道；53、底座中心孔。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。图1是本专利技术优选实施例的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的气囊模块的结构示意图；图3是本专利技术优选实施例的气囊体的结构示意图；图4是本专利技术优选实施例的气囊体的剖面结构示意图；图5是本专利技术优选实施例的多孔隔板的结构示意图；图6是本专利技术优选实施例的顶部基座的结构示意图；图7是本专利技术优选实施例的底部基座的结构示意图；图8是本专利技术优选实施例的密封塞的结构示意图；图9是本专利技术优选实施例的通气塞的结构示意图。如图1和图2所示，本实施例的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，包括用于通过对内腔进行单向充气或放气控制以控制机械臂运动的气囊结构。气囊结构具有与气路控制系统连接并用于通过气路控制系统对气囊结构内腔进行充气或放气控制的通气端以及与待控制物体连接并用于通过密封以形成内腔并通过内腔气压形成伸缩力控制待控制物体运动的密闭端。气囊结构包括至少一个气囊模块1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，包括用于通过对内腔进行单向充气或放气控制以控制所述机械臂运动的气囊结构，所述气囊结构具有与气路控制系统连接并用于通过气路控制系统对所述气囊结构内腔进行充气或放气控制的通气端以及与待控制物体连接并用于通过密封以形成内腔并通过内腔气压形成的伸缩力控制待控制物体运动的密闭端，其特征在于，所述气囊结构包括至少一个气囊模块(1)，所述气囊模块(1)采用沿周向排布的多个气囊体(2)组合构成，所述气囊模块(1)上设有用于沿径向拉结所述气囊模块(1)的所述气囊体(2)的固定结构，多个所述固定结构沿所述气囊模块(1)轴向间隔排布，用于提高机械臂的负载能力并使所述气囊模块(1)的各个所述气囊体(2)相互做耦合运动。

【技术特征摘要】
1.一种气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，包括用于通过对内腔进行单向充气或放气控制以控制所述机械臂运动的气囊结构，所述气囊结构具有与气路控制系统连接并用于通过气路控制系统对所述气囊结构内腔进行充气或放气控制的通气端以及与待控制物体连接并用于通过密封以形成内腔并通过内腔气压形成的伸缩力控制待控制物体运动的密闭端，其特征在于，所述气囊结构包括至少一个气囊模块(1)，所述气囊模块(1)采用沿周向排布的多个气囊体(2)组合构成，所述气囊模块(1)上设有用于沿径向拉结所述气囊模块(1)的所述气囊体(2)的固定结构，多个所述固定结构沿所述气囊模块(1)轴向间隔排布，用于提高机械臂的负载能力并使所述气囊模块(1)的各个所述气囊体(2)相互做耦合运动。2.根据权利要求1所述的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，其特征在于，所述气囊结构采用单个所述气囊模块(1)；或者所述气囊结构采用多个所述气囊模块(1)，多个所述气囊模块(1)沿轴向首尾密封连接构成气囊模块组件。3.根据权利要求1所述的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，其特征在于，所述气囊模块(1)中所述气囊体(2)的个数为偶数，两个所述气囊体(2)为一组，每组气囊体(2)沿所述气囊结构的轴线对称分布，通过向所述每组气囊体(2)中的其中一个气囊体(2)充气以升高气压，而将另一个气囊体(2)充气以升高气压、保持内腔气压不变或放气以降低气压，使气压高的气囊体(2)向气压低的气囊体(2)的方向运动。4.根据权利要求1所述的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，其特征在于，所述气囊体(2)呈波纹管状，所述气囊体(2)通过充气和放气以分别控制波纹管沿轴向拉伸和收缩以调整所述气囊体(2)的运动方向；所述固定结构环箍于所述气囊体(2)的外壁面的波谷处以将所述气囊模块(1)的所述气囊体(2)拉结固定。5.根据权利要求4所述的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，其特征在于，所述波纹管状的气囊体(2)内壁面的内波谷腔的容积大于所述波纹管状的气囊体(2)外壁面的外波谷腔，通过增大所述内波谷腔中气体量的变化范围以增加所述气囊体(2)的轴向拉伸能力和收缩能力。6.根据权利要求1所述的气控型刚柔耦合模块化软体机械臂，其特征在于，所述固定结构为设有带多个固定孔(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，陈小前，黄奕勇，张力军，刘红卫，李星辰，王祎，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43