超冗余柔性机械臂制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超冗余柔性机械臂，该机械臂包括自上而下依次连接并由柔性材料制成的第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂，所述第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂分别由三个互成120°并可分别独立控制运动的气腔组成，位于第三节活动臂的下端设置有用于夹取物品的末端执行机构，位于第一节活动臂的上端还设置有用于分别驱动各个气腔及末端执行机构的动力机构。结构紧凑，具有高灵活性，并可变形性可在狭小的空间内完成复杂的任务。

Super Redundant Flexible Manipulator

The utility model relates to a Super-Redundant flexible manipulator, which comprises a first, second and third movable arms connected from top to bottom in turn and made of flexible materials. The first, second and third movable arms are composed of three movable arms which are 120 degrees each other and can be independently controlled. The moving air chamber consists of an end-effector for clamping objects at the lower end of the third movable arm and a power mechanism for driving each air chamber and the end-effector respectively at the upper end of the first movable arm. Compact structure, high flexibility, and deformability can complete complex tasks in a narrow space.

【技术实现步骤摘要】
超冗余柔性机械臂
本技术涉及一种超冗余柔性机械臂。
技术介绍
1）.哈尔滨工业大学徐文福实验室的超冗余柔性蛇形机械臂：该机械臂由刚性材料连接组成，共有十节，机械臂末端装有传感器，可用于管道检测。但因机械臂由刚性材料组成，在与物体碰撞的时候既可能会损伤物体也可能会损伤机械臂，每一节的长度较长，使得机械臂显得笨重，灵活性不足，且该机械臂体积较大，需占用较多的空间。2）.清华大学杨韵芳的ETARM：该机械臂有两节，由3D打印材料和弹簧组成弹性骨骼，机械臂采用螺纹传动，结构简单，成本低廉。但在控制机械臂第一节运动时，因机械臂长度较长，整个机械臂会产生很大的扭转，使得机械臂的末端执行机构产生很大的震动，精准度较低。3）.麻省理工学院的水凝胶机器人：由水凝胶制成的透明软体机器人，在水中运动能够不被水中的生物察觉，经过紫外线处理后的水凝胶能够保持足够的韧性和柔软性使得其在抓取生物时不会伤害到生物。机器人采用液压驱动。但目前看来仅仅将水凝胶运用在了机械爪上，且仅有抓取的动作，运动方式单一，实用性不高，在材料的安全性和执行的精准度还需要做进一步的提升。4）.英国Shadow机器人公司研制的灵巧手ShadowHand：是当今世界上最接近人手的机械手之一，共有24个关节，每个手指指尖装有高精度传感器，机械手采用线驱动。线绳的可靠性难以保证，在高频率的使用下容易产生伸长变形，使得机械手的精准度会慢慢降低。因机械手采用的是Maxon118608电机，电机转速不够使得机械手的动态响应速度较慢。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种超冗余柔性机械臂，结构紧凑，具有高灵活性，并可变形性可在狭小的空间内完成复杂的任务。本技术的技术方案在于：一种超冗余柔性机械臂，机械臂包括自上而下依次连接并由柔性材料制成的第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂，所述第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂分别由三个互成120°并可分别独立控制运动的气腔组成，位于第三节活动臂的下端设置有用于夹取物品的末端执行机构，位于第一节活动臂的上端还设置有用于分别驱动各个气腔及末端执行机构的动力机构。进一步地，所述动力机构包括气泵，所述气泵的下侧设置有汇流板，所述汇流板经进气总管及快插接头与气泵的出气口相连接，汇流板上安装有若干个用于控制气腔或末端执行机构的三位五通电磁阀。进一步地，所述第一节活动臂包括顶板，所述顶板的下侧间隔设置有三个互成120°的第一节气腔，所述第一节气腔分别由自上而下依次叠加并连通的七个气囊组成，第一节气腔的上端分别设置有穿过顶板与动力机构相连接的第一节气管。进一步地，所述顶板由硅胶和包裹在硅胶内3mm厚的PLA板组成，顶板的中部还设置有穿管通孔。进一步地，所述第一节活动臂内设置有第一约束块，所述第一约束块的周部间隔设有用于与第一节气腔的第四块气囊相连接的弧形凹部，第一约束块的中部设置有穿管通孔。进一步地，所述第二节活动臂包括连接在第一节活动臂下端的第一进气联接板，所述第一进气联接板的下侧间隔设置有三个互成120°的第二节气腔，所述第二节气腔分别由自上而下依次叠加并连通的七个气囊组成，第二节气腔的顶部分别设置有经第一进气联接板与动力机构相连接的第二节气管。进一步地，所述第三活动臂包括连接在第二活动臂下端的第二进气联接板，所述第二进气联接板的下侧间隔设置有三个互成120°的第三节气腔，所述第三节气腔分别由自上而下依次叠加并连通的三个气囊组成，第三节气腔的顶部分别设置有经第二进气联接板与动力机构相连接的第三节气管。进一步地，所述第一进气联接板和第二进气联接板上分别间隔设置有用于与第二节气腔或第三节气腔的上端相连接的凹槽，第一进气联接板和第二进气联接板的中部还分别设置有穿管圆孔，所述穿管圆孔的侧壁横向间隔设置有三个互成120°并与对应的凹槽相连通的穿管通道。进一步地，所述第二节活动臂内设置有第二约束块，所述第二约束块的周部间隔设有用于与第二节气腔的第四块气囊相连接的弧形凹部，第二约束块的中部设置有穿管通孔。进一步地，所述末端执行机构包括夹爪盘，所述夹爪盘的上端面经支撑块与第三节活动臂的下端相连接，夹爪盘上设置有横向长槽，所述横向长槽的两侧部分别设置有横向滑道，横向长槽内设置有一对夹爪，所述夹爪上部的前后侧分别与横向滑槽滑动配合，所述横向长槽的两侧端还分别设置有穿出夹爪盘的气孔，所述气孔一端经控制气管与驱动机构相连接，气孔的另一端连接有用于驱动夹爪的夹爪气腔。与现有技术相比较，本技术具有以下优点：柔性机械臂具有高灵活性与可变形性可在狭小的空间内完成复杂的任务、低能耗、灵活方便、重量轻、用材少但具有更大的工作空间等优点。该柔性机械臂有三节，每节有七个运动方向比起现有技术更加灵活、且由于主体部分使用硅胶制作，在与物体碰撞的时候既不会损伤物体也不会损伤机械臂，同时具有很轻的结构，较高的载重-自重比；机械臂在未使用状态下体积较小，方便收纳，由于硅胶有较大的弹性变形在使用时向同一节的三个气腔同时供气能产生沿机械臂方向的运动，即在相同的工作空间下，该柔性机械臂有更小的体积，占据更小的空间；机械臂的驱动方式为气压驱动，由气泵提供动力，连续稳定的供气使机械臂平顺运动，末端执行机构受到的影响较小，精准度较高；机械臂三节且每节七个运动方向的组合可以产生较为多样性的运动，灵活性高；使用的硅胶为无毒、无气味、使用寿命长、耐寒（-40℃）耐高温（330℃）的环保产品保证了材料的安全性。可用于流水线生产中易损坏、体积较小的物品的夹取；可装设在家用机器人上。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的图1的左视图；图3为本技术的图1的仰视图；图4为本技术的图1的A-A剖视图；图5为本技术的图1的B-B剖视图；图6为本技术的顶板结构示意图；图7为本技术的第一气腔或第二气腔的结构示意图；图8为本技术的图7的俯视图图；图9为本技术的图7的A-A剖视图；图10为本技术的第一进气联接板或第二进气联接板的结构示意图一；图11为本技术的第一进气联接板或第二进气联接板的结构示意图二；图12为本技术的第一进气联接板或第二进气联接板的剖视示意图；图13为本技术的第三气腔的结构示意图；图14为本技术的图13的俯视图；图15为本技术的图13的A-A剖视图；图16为本技术的夹爪盘的结构示意图；图17为本技术的夹爪盘的剖视图；图18为本技术的夹爪气腔的结构示意图一；图19为本技术的夹爪气腔的结构示意图二；图20为本技术的夹爪气腔的剖视图；图21为本技术的夹爪的结构示意图一；图22为本技术的夹爪的结构示意图二；图23为本技术的约束块的结构示意图。具体实施方式为让本技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本技术并不限于此。参考图1至图23一种超冗余柔性机械臂，机械臂包括自上而下依次连接并由柔性材料制成的第一节活动臂100、第二节活动臂200和第三节活动臂300，所述第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂分别由三个互成120°并可分别独立控制运动的气腔组成，位于第三节活动臂的下端设置有用于夹取物品的末端执行机构400，位于第一节活动臂的上端还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超冗余柔性机械臂，其特征在于，机械臂包括自上而下依次连接并由柔性材料制成的第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂，所述第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂分别由三个互成120°并可分别独立控制运动的气腔组成，位于第三节活动臂的下端设置有用于夹取物品的末端执行机构，位于第一节活动臂的上端还设置有用于分别驱动各个气腔及末端执行机构的动力机构。

【技术特征摘要】
1.一种超冗余柔性机械臂，其特征在于，机械臂包括自上而下依次连接并由柔性材料制成的第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂，所述第一节活动臂、第二节活动臂和第三节活动臂分别由三个互成120°并可分别独立控制运动的气腔组成，位于第三节活动臂的下端设置有用于夹取物品的末端执行机构，位于第一节活动臂的上端还设置有用于分别驱动各个气腔及末端执行机构的动力机构。2.根据权利要求1所述的超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述动力机构包括气泵，所述气泵的下侧设置有汇流板，所述汇流板经进气总管及快插接头与气泵的出气口相连接，汇流板上安装有若干个用于控制气腔或末端执行机构的三位五通电磁阀。3.根据权利要求1或2所述的超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述第一节活动臂包括顶板，所述顶板的下侧间隔设置有三个互成120°的第一节气腔，所述第一节气腔分别由自上而下依次叠加并连通的七个气囊组成，第一节气腔的上端分别设置有穿过顶板与动力机构相连接的第一节气管。4.根据权利要求3所述的超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述顶板由硅胶和包裹在硅胶内3mm厚的PLA板组成，顶板的中部还设置有穿管通孔。5.根据权利要求3所述的超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述第一节活动臂内设置有第一约束块，所述第一约束块的周部间隔设有用于与第一节气腔的第四块气囊相连接的弧形凹部，第一约束块的中部设置有穿管通孔。6.根据权利要求1、2或5所述的超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述第二节活动臂包括连接在第一节活动臂下端的第一进气联接板，所述第一进气联接板的下侧间隔设置有三个互成120°的第二节气...

【专利技术属性】
技术研发人员：东辉，林依凡，孙浩，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：福建,35