一种变刚度柔性关节驱动机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种变刚度柔性关节驱动机械臂，包括：机械手、两个柔性关节驱动组件和两个变刚度支撑连接组件，一个变刚度支撑连接组件的一端连接机械手，另一端连接一个柔性关节驱动组件，另一个变刚度支撑连接组件的一端连接一个柔性关节驱动组件，另一端连接另一个柔性关节驱动组件，各柔性关节驱动组件及变刚度支撑连接组件均连接气源。本发明专利技术所公开的一种变刚度柔性关节驱动机械臂，可以实现变刚度，能根据负载大小灵活调整改变各个组件气压大小，从而改变整个机械臂的刚度，极大地提高了柔性机械臂的负载能力，本发明专利技术同时可做出仿人抱起的弯曲动作，变刚度使得在人机交互中不会对人造成伤害，适合用于处理病患转移的医疗器械，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种变刚度柔性关节驱动机械臂
本专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种变刚度柔性关节驱动机械臂。
技术介绍
患者转移，即把卧床不起的病人从床上抬起并移动到轮椅，是护理中最具体力挑战的任务之一，给护工们带来了很大的负担。可通过引入机器人技术来减轻护工群体相应的身体负担。传统机器人的设计以刚性结构基于位置控制进行高速、高精度活动，刚性连接结构使其能传递大力矩，但其末端刚度很大，对人的安全造成威胁，因此，传统的机械臂难以直接应用于需要与人交互的机器人中；而由弹性材料组成的全柔性机械臂虽能在工作中改变自身形状，与环境相适应，但现有的全柔性机械臂并不能承受高额的载荷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种变刚度柔性关节驱动机械臂，解决现有技术中的上述问题，人机交互性好，不会对所接触的人体造成损害，且可保证一定的支撑强度。本专利技术为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：一种变刚度柔性关节驱动机械臂，包括：机械手、两个柔性关节驱动组件和两个变刚度支撑连接组件，一个所述变刚度支撑连接组件的一端连接机械手，另一端连接一个所述柔性关节驱动组件，另一个变刚度支撑连接组件的一端连接一个所述柔性关节驱动组件，另一端连接另一个所述柔性关节驱动组件，各柔性关节驱动组件及变刚度支撑连接组件均连接至气源。通过采用上述技术方案，柔性关节驱动组件可作出弯曲变形的动作，以模仿人手臂的关节弯曲，变刚度支撑连接组件的刚度可变，保证了一定的支撑强度，同时在对负载（病患）起支撑作用的同时，不会对所接触的人体造成损害。两个柔性关节驱动组件可作两段式的弯曲动作，而变刚度支撑连接组件与柔性关节驱动组件相间隔的设置，既起连接作用，又可起到对负载的支撑作用。作为本专利技术的进一步改进，柔性关节驱动组件包括空气弹簧、连接板、柔性梁和气源接头一，所述空气弹簧的一端通过紧固件连接一个连接板，另一端通过紧固件连接另一个连接板，所述柔性梁的一端连接一个连接板，另一端连接另一个连接板，所述气源接头一连接于空气弹簧上，所述气源接头一外接至气源，所述柔性梁在空气弹簧的作用下可产生弯曲变形，撤去空气弹簧的作用力后可恢复至初始状态；一个所述变刚度支撑连接组件的一端通过紧固件连接机械手，另一端通过紧固件连接一个柔性关节驱动组件一端的连接板，另一个变刚度支撑连接组件的一端通过紧固件连接一个所述柔性关节驱动组件另一端的连接板，另一端通过紧固件连接另一个所述柔性关节驱动组件一端的连接板。通过采用上述技术方案，柔性关节驱动组件的具体结构设置，一方面使得整体结构紧凑，另一方面，空气弹簧在充气后具有伸长的趋势，受限于柔性梁的可弯曲不可伸长的特性，整体产生弯曲效果，从而实现模仿手臂弯曲的情形，而在释放气体后，空气弹簧因柔性梁的可恢复性而恢复，以便进行下一个弯曲动作。作为本专利技术的进一步改进，初始状态下，柔性梁呈横向设置，各连接板呈纵向设置，柔性梁与空气弹簧之间具有间隙A。通过采用上述技术方案，连接板呈纵向设置，与空气弹簧的接触和连接更为可靠，柔性梁呈横向设置，两端各连接一个连接板，有利其本身的变形弯曲和恢复。作为本专利技术的进一步改进，一个连接板与空气弹簧之间留有用于容纳气源接头一的间隙，所述气源接头一处在连接板和空气弹簧的间隙中。通过采用上述技术方案，此间隙的设置，不会对气源接头一的安装产生干涉，结构紧凑巧妙。作为本专利技术的进一步改进，空气弹簧为两节式囊式空气弹簧，间隙A的范围为12mm-20mm。通过采用上述技术方案，两节式囊式空气弹簧，与柔性梁的配合，可起到变形弯曲的作用，间隙A的设置，一方面可保证囊式空气弹簧的安装空间，另一方面，可使囊式空气弹簧的横向形变所驱动的力与柔性梁之间所产生的力矩变大，达到能够承载大负载（比如人的体重）的作用；同时该尺寸范围内的间隙A，可在实现上述效果的同时，做到结构紧凑，不妨碍也不干涉空气弹簧的变形。作为本专利技术的进一步改进，不同柔性关节驱动组件中的柔性梁处在对应的空气弹簧的同一侧，初始状态下的各柔性梁处在同一条直线上。通过采用上述技术方案，各柔性关节驱动组件可作同一方向的弯曲，使同一方向的弯曲性能达到最大，适应于需要同向弯曲程度大的工作。作为本专利技术的进一步改进，不同柔性关节驱动组件中的柔性梁处在对应的空气弹簧的不同侧面，初始状态下的各柔性梁处在不同的直线上。通过采用上述技术方案，各柔性关节驱动组件可作不同方向的弯曲，可使整个机械臂符合各向弯曲的性能要求。作为本专利技术的进一步改进，变刚度支撑连接组件包括刚性连接管、环形气囊和气源接头二，环形气囊设置于刚性连接管的外围，气源接头二连接于环形气囊，一个变刚度支撑连接组件的刚性连接管的一端通过紧固件连接机械手，另一端通过紧固件连接一个柔性关节驱动组件，另一个变刚度支撑连接组件的刚性连接管的一端通过紧固件连接一个所述柔性关节驱动组件，另一端通过紧固件连接另一个所述柔性关节驱动组件，气源接头二外接至气源。通过采用上述技术方案，刚性连接管对整个组件起到支撑作用，环形气囊中充气量的多少（气压的大小），可使变刚度支撑连接组件的产生不同的刚度，适用不同的负载需求，符合使用要求，且不会对负载（病患）造成损伤。而环形气囊包覆于刚性连接管上，可全方位全角度地产生亲和效果，不会对外界造成硬伤。作为本专利技术的进一步改进，环形气囊包括内部相连通的第一气室、第二气室和第三气室，气源接头二连通第一气室，相邻的两气室之间具有隔离带。通过采用上述技术方案，第二气室和第三气室为主要承受负载作用力的气室，设置三个气室，第二气室及第三气室这两个气室可分别从不同角度对负载起支撑作用，保证了支撑物的平稳，有利于稳定支撑，第一气室可保障机械臂在工作承载时载物的稳定性，而因第一气室不是该机械臂的承载面，只需用一个气室保证了与人交互时的安全性。隔离带的设置可使各气室膨胀后不易干涉和影响，有利于支撑。作为本专利技术的进一步改进，第一气室膨胀后的体积大于第二气室膨胀后的体积，且大于第三气室膨胀后的体积。通过采用上述技术方案，第一气室为非承载面，其体积最大，包覆了刚性连接管的大部分，在进行操作时，不会对外部操作者产生损伤，保证了安全性。本专利技术相对于现有技术而言，其有益效果至少有：可以实现变刚度，能根据负载大小灵活调整改变各个组件气压大小，从而改变整个机械臂的刚度，提高了机械臂的负载能力；在承受负载变刚度的同时可做出仿人抱起的弯曲动作，变刚度使得在人机交互中不会对人造成伤害，适合用于处理病患转移的医疗器械，应用前景广阔。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术中一个实施例所示的一种变刚度柔性关节驱动机械臂的整体结构示意图；图2为本专利技术中一个实施例所示的一种变刚度柔性关节驱动机械臂的柔性关节驱动组件的结构示意图；图3为图2中柔性关节驱动组件的爆炸示意图；图4为图2中另一角度的柔性关节驱动组件的爆炸示意图；图5为本专利技术中一个实施例所示的一种变刚度柔性关节驱动机械臂的变刚度支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变刚度柔性关节驱动机械臂，其特征在于，包括：机械手（3）、两个柔性关节驱动组件（1）和两个变刚度支撑连接组件（2），一个所述变刚度支撑连接组件（2）的一端连接机械手（3），另一端连接一个所述柔性关节驱动组件（1），另一个变刚度支撑连接组件（2）的一端连接一个所述柔性关节驱动组件（1），另一端连接另一个所述柔性关节驱动组件（1），各柔性关节驱动组件（1）及变刚度支撑连接组件（2）均连接至气源。/n

【技术特征摘要】
1.一种变刚度柔性关节驱动机械臂，其特征在于，包括：机械手（3）、两个柔性关节驱动组件（1）和两个变刚度支撑连接组件（2），一个所述变刚度支撑连接组件（2）的一端连接机械手（3），另一端连接一个所述柔性关节驱动组件（1），另一个变刚度支撑连接组件（2）的一端连接一个所述柔性关节驱动组件（1），另一端连接另一个所述柔性关节驱动组件（1），各柔性关节驱动组件（1）及变刚度支撑连接组件（2）均连接至气源。


2.根据权利要求1所述的变刚度柔性关节驱动机械臂，其特征在于，柔性关节驱动组件（1）包括空气弹簧（11）、连接板（12）、柔性梁（13）和气源接头一（14），所述空气弹簧（11）的一端通过紧固件连接一个连接板（12），另一端通过紧固件连接另一个连接板（12），所述柔性梁（13）的一端连接一个连接板（12），另一端连接另一个连接板（12），所述气源接头一（14）连接于空气弹簧（11）上，所述气源接头一（14）外接至气源，所述柔性梁（13）在空气弹簧（11）的作用下可产生弯曲变形，撤去空气弹簧的作用力后可恢复至初始状态；一个所述变刚度支撑连接组件（2）的一端通过紧固件连接机械手（3），另一端通过紧固件连接一个柔性关节驱动组件（1）一端的连接板（12），另一个变刚度支撑连接组件（2）的一端通过紧固件连接一个所述柔性关节驱动组件（1）另一端的连接板（12），另一端通过紧固件连接另一个所述柔性关节驱动组件（1）一端的连接板（12）。


3.根据权利要求2所述的变刚度柔性关节驱动机械臂，其特征在于，初始状态下，柔性梁（13）呈横向设置，各连接板（12）呈纵向设置，柔性梁（13）与空气弹簧之间具有间隙A。


4.根据权利要求3所述的变刚度柔性关节驱动机械臂，其特征在于，一个连接板（12）与空气弹簧（11）之间留有用于容纳气源接头一（14）的间隙，所述气源接头一（14）...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，郭彦，韩梅梅，邹孝峰，
申请(专利权)人：浙江大学，浙江福祉科创有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33