[实用新型]流体骨骼柔性机械臂装置

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，特别涉及一种流体骨骼柔性机械臂装置的结构设计。

背景技术

机器人设计的目标是代替人完成任务，通常需要有一双手臂。人的臂部具有七个自由度，属于串联悬臂结构，具有发达的肌肉，能够产生很大的力量并且在较高速度下运动，这些都使得机械臂的研制有很大的困难。无论是美国卡内基·梅隆大学研制的CMU/Sarcos机器人、韩国高技术研究院研制的HUBO机器人、日本本田公司研制的ASIMO机器人……都有一个共同的特点：这些传统的机器人手臂均为多个刚性连杆通过关节串联或并联构成，存在结构复杂、体积大、重量大、耗能多、成本高等不足。

为克服传统离散型刚性机器人的固有缺陷，近二十余年来关于连续型柔性体机器人的研究已在世界范围内大量展开。

J.Yang等人曾在论文中描述一种通过多组腱绳分别牵引串列的各级弹簧的连续型机器人。该装置被证明具有良好的机动性、可靠性和经济性。

Walker等人曾经在文献中介绍了所研制的柔性连续体机械臂OCTARM。此外，受生物界象鼻和柔性触手等的启发而设计出的机器人Air-Octor，具有较好的弯曲能力，并显示其冗余自由度性能在许多场合下优于相同自由度的刚性机械臂。

德国费斯托(FESTO)公司模仿大象鼻子和鱼鳍概念研制了一种利用气体驱动的仿象鼻柔性机械臂。该装置由多个沿着曲线以堆叠的方式布置的操纵组件构成，每个操纵组件又分别包含多个联接板和多个流体腔。

中国发明专利CN103895012B曾公开一种仿象鼻机械臂单元，包括基座、多个人工肌肉组件、多个中间件、多个弹簧、末端件和柔性罩；其中人工肌肉组件包括驱动器、传动机构和柔性螺杆组件。该装置具有多个自由度，能够向多个方向弯曲。

但是，现有的大部分柔性机械臂方案皆存在如下不足：

1)驱动机构相对复杂。如Air-Octor和FESTO公司提出的仿象鼻柔性机械臂需要控制气体的专门设备，使得整个系统质量较大、耗能和成本较高；而在各型通过腱绳或柔性杆位移驱动的机械臂中，由于每一腱绳或柔性杆均对应一个驱动器，在实现多向弯曲时所需的驱动器数量较多，显著增加了系统的成本和复杂度。

2)承载能力和稳定性有限。由于广泛采用弹簧等柔性部件作为支撑结构，一些柔性机械臂易发生由负载造成的变形，从而造成失稳或精度下降。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种流体骨骼柔性机械臂装置，使其具有多个自由度，能够柔性地向不同方向弯曲，从而做出不同的空间形状，使连接在机械臂末端的工具可以抵达某个空间位置，同时自重轻、体积小、结构紧凑和成本低等特点。

本实用新型的技术方案如下：