一种变刚度软体机械臂制造技术

本发明专利技术提供了一种变刚度软体机械臂，包括两个连接座和设置于两个连接座之间的多个波纹管模块，多个波纹管模块之间并行设置，波纹管模块包括内层波纹管、外层波纹管和变刚度主体，在内层波纹管形成主通气腔体，在内层波纹管与外层波纹管之间形成变刚度腔体，变刚度主体设置于变刚度腔体内；变刚度主体具有两个或两个以上的硬质颗粒层，硬质颗粒层包括柔性连接层和均匀布置在该柔性连接层上的若干的硬质颗粒，相邻的硬质颗粒层连接在一起；位于内侧的硬质颗粒层连接在内层波纹管的外壁上；本发明专利技术能够主动地调节机械臂的整体刚度，提高了机械臂的负载能力，扩展了机械臂的应用场合。扩展了机械臂的应用场合。扩展了机械臂的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种变刚度软体机械臂


[0001]本专利技术属于
，具体涉及一种变刚度软体机械臂。

技术介绍

[0002]现如今，传统的刚性机械臂占据着机器人市场的主流，这些刚性机械臂存在着结构密度大，与工作环境交互的安全性等问题；随着机器人的应用逐渐增多，其面临的操作环境也越来越复杂。因此，对于机器人的适应性和安全性，必须提出更高的要求。
[0003]不同于传统机械臂使用刚性硬质材料制作，软体机械臂主要使用具有大变形特性的柔性材料加工而成，用这类材料制成的机械臂，具有较大的可变形性和弹性，可以在复杂的环境中实现变形，更加灵活，即使和外界物体发生碰撞，自身的柔顺性也会起到一定的缓冲作用，增加了交互的安全性，为人机合作的研究领域开辟了新的视角。
[0004]软体机械臂由于其固有的柔顺性和灵活性，可以进行连续操作，从而能够在有限的环境中进行安全地交互和平稳地运动；然而，要保证机械臂的高柔顺性，通常意味着要牺牲其负载能力；因而，对于软机械臂来说，重要的是在保持可接受的刚度的同时还具有适当的柔顺性，以扩大其应用范围。
[0005]目前的气动软体机械臂完全由柔性材料制成，柔性材料的使用使得该机械臂的负载能力降低，制约了软体机械臂的应用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种变刚度软体机械臂，其能够主动地调节机械臂的整体刚度，提高了机械臂的负载能力，扩展了机械臂的应用场合。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种变刚度软体机械臂，包括两个连接座和设置于两个连接座之间的多个波纹管模块，多个波纹管模块之间并行设置，波纹管模块包括：
[0008]内层波纹管，在内层波纹管形成主通气腔体；
[0009]外层波纹管，在内层波纹管与外层波纹管之间形成变刚度腔体；
[0010]变刚度主体，变刚度主体设置于变刚度腔体内；
[0011]其中变刚度主体具有两个或两个以上的硬质颗粒层，硬质颗粒层包括柔性连接层和均匀布置在该柔性连接层上的若干的硬质颗粒，相邻的硬质颗粒层连接在一起；
[0012]其中位于内侧的硬质颗粒层连接在内层波纹管的外壁上；
[0013]其中通过控制主通气腔体内的气压值大小，控制波纹管模块的伸缩量，通过控制变刚度腔体内的负压值大小，使内层波纹管和外层波纹管压紧变刚度主体，变刚度主体中不同的硬质颗粒层中的颗粒相互挤压，从而改变变刚度主体的刚度值。
[0014]作为本专利技术的另一种具体实施方式，波纹管模块的数目为三个，三个波纹管模块以间隔120
°
方式并联在两个连接座之间。
[0015]作为本专利技术的另一种具体实施方式，柔性连接层为硅胶连接层。
[0016]作为本专利技术的另一种具体实施方式，作为本专利技术的另一种具体实施方式，外层波
纹管包覆在位于外层的硬质颗粒层上。
[0017]作为本专利技术的另一种具体实施方式，相邻的硬质颗粒层通过二次浇筑法粘接在一起，位于内侧的硬质颗粒层通过二次浇筑法粘接在内层波纹管的外壁上。
[0018]作为本专利技术的另一种具体实施方式，连接座上设有端盖，端盖通过粘合剂与内层波纹管、外层波纹管粘接在一起。
[0019]作为本专利技术的另一种具体实施方式，端盖上设有第一气动接头和第二气动接头，第一气动接头用于与主通气腔体连通，第二气动接头用于与变刚度腔体连通。
[0020]本专利技术具备以下有益效果：
[0021]本专利技术可以在复杂的环境中实现变形，具备更好的灵活性和良好的交互安全性等优势，同时可以根据机械臂的工作状况和需求，来主动调节机械臂的刚度，进一步改变了机械臂的负载能力，从而使其能够适应不同的工作场景的优点。
[0022]下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例1的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例1波纹管模块的结构示意图；
[0025]图3是本专利技术实施例1波纹管模块的剖面示意图；
[0026]图4是图3中A处的放大示意图；
[0027]图5是图3中B处的放大示意图；
[0028]图6是本专利技术实施例1变刚度主体的示意图；
[0029]图7是本专利技术实施例1变刚度主体的侧面示意图。
具体实施方式
[0030]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供了一种变刚度软体机械臂，如图1
‑
6所示，包括两个连接座100和设置于两个连接座100之间的三个波纹管模块200，其中三个波纹管模块200之间并行设置，具体的三个波纹管模块200以间隔120
°
方式并联在两个连接座100之间。
[0034]本实施例中以其中一个波纹管模块200为例说明其结构，波纹管模块200包括内层波纹管210、外层波纹管220和变刚度主体230，其中在内层波纹管210形成主通气腔体240，在内层波纹管210与外层波纹管220之间形成变刚度腔体250，变刚度主体230设置于变刚度腔体250内；
[0035]进一步的，变刚度主体230具有三个硬质颗粒层230a，相邻的硬质颗粒层230a通过二次浇筑法粘接在一起，如图6所示，硬质颗粒层230a包括柔性连接层231和均匀布置在该
柔性连接层231上的若干的硬质颗粒232，相邻的硬质颗粒层230a连接在一起；
[0036]其中，硬质颗粒层230a基于颗粒阻塞原理，一种具体的尺寸型号为：
[0037]硬质颗粒层230a将若干直径为2.5mm的硬质颗粒232通过柔性连接层231连接起来，柔性连接层231为厚度是0.5mm的硅胶层，并且相邻的硬质颗粒层230a的距离为3.55mm。
[0038]具体的，内层波纹管210和外层波纹管220的初始长度均为340mm，理论最大长度为555.8mm，理论最小长度为205mm，理论伸缩比约为2.7。
[0039]相较于传统的颗粒阻塞方式中的颗粒处于混乱布置状态，本实施例所提供的硬质颗粒层230a中多个硬质颗粒232之间的距离得到了严格控制，并且各个硬质颗粒层230a中的硬质颗粒232自始至终能保持着有序排列的状态，这种方式克服了硬质颗粒重排列问题，结合了波纹管的运动特性，有效地利用了硬质颗粒堵塞抗剪切力的特性，让颗粒排列有序化，增强了操作的可重复性，增大了该结构的变刚度范围。
[0040]再进一步的，位于内侧的硬质颗粒层230a通过二次浇筑法粘接在内层波纹管210的外壁上，并且外层波纹管220包覆在位于外层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变刚度软体机械臂，其特征在于，包括两个连接座和设置于两个所述连接座之间的多个波纹管模块，多个所述波纹管模块之间并行设置，所述波纹管模块包括：内层波纹管，在所述内层波纹管形成主通气腔体；外层波纹管，在所述内层波纹管与所述外层波纹管之间形成变刚度腔体；变刚度主体，所述变刚度主体设置于所述变刚度腔体内；其中所述变刚度主体具有两个或两个以上的硬质颗粒层，所述硬质颗粒层包括柔性连接层和均匀布置在该柔性连接层上的若干的硬质颗粒，相邻的所述硬质颗粒层连接在一起；其中位于内侧的所述硬质颗粒层连接在所述内层波纹管的外壁上；其中通过控制所述主通气腔体内的气压值大小，控制所述波纹管模块的伸缩量，通过控制所述变刚度腔体内的负压值大小，使所述内层波纹管和所述外层波纹管压紧所述变刚度主体，所述变刚度主体中不同的所述硬质颗粒层中的颗粒相互挤压，从而改变所述变刚度主体的刚度值。2.如权利要求1所述的变刚度软体机械臂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海林，龚国强，李兵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：