[发明专利]一种刚柔耦合交互臂

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合交互臂，包括若干节首尾耦合的柔性气动肌肉以及贯穿各柔性气动肌肉的刚性骨架，所述刚性骨架由若干轴节首尾活动连接组成，所述柔性气动肌肉包括若干环绕刚性骨架布置的气管以及分别设置于气管两端、用于对各气管进行密封固定的密封端盖和进气端盖，所述进气端盖上设置有用于对各气管进行充气的进气孔。本发明在兼顾强度的基础上，具有较好的灵活性。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种刚柔耦合交互臂。

背景技术

自从机械臂问世以来，已经历了大半个世纪，研究人员对于机械臂的研究已经十分优秀、成熟，在工业运用方面，机械臂的应用得到了全面的发展和推广。随着人类生活品质的提高，人们不再把眼光只局限于机械臂在工业方面上的运用，而希望其在日常生活中也能有实际的运用。但由于目前刚体机械臂的交互性不强，且刚性臂大多都由电机驱动，运动时会产生较大的惯性，在与外界环境接触时不可避免的会发生刚性碰撞，产生一定的危险。我们希望机械臂能够和人、环境进行安全、有效的交互。这类机器人能在康复、协助老人、人机协作等方面有广泛的运用。因此，近年来科学家设计了各种软体机械臂来解决这一问题。软体机械臂的设计灵感主要来源于模仿自然界软体生物，其中，模仿象鼻、章鱼触手等结构的机械臂式软体机器人，能够适应复杂狭窄的环境，并且进行柔顺、安全的目标抓持与操作任务软体，可以满足人们在日常工作、生活上的需求。

公告号为CN108943010B的专利说明书中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。此方案最大的缺点在于机械臂主体为气囊结构，整个机械臂的结构强度较低。

公告号为CN106313034B的专利说明书中公开了一种刚柔耦合的柔性机械臂，它包括机座、执行装置以及连接他们的多个结构相同并依次串联的驱动单元，在整个机械臂外设有柔性防护罩；所述的驱动单元主要包括4个气动肌腱、4个轻质连杆、两个连接盘、两个支座、小气动肌腱，气动肌腱的两端分别与连接盘连接，在连接盘上分别设有支座，连杆两两一组，其一端分别通过设置支座上的十字轴与连接盘连接，每一组连杆的另一端相交与另一组连杆的另一端分别通过连接件上的圆柱销轴连接，小气动肌腱的两端分别通过螺纹孔与上述连接件连接，相邻两个驱动单元的气动肌腱的大端和小端共用一个连接盘。此方案最大的缺点在于灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚柔耦合交互臂，在兼顾强度的基础上，具有较好的灵活性。

一种刚柔耦合交互臂，包括若干节首尾耦合的柔性气动肌肉以及贯穿各柔性气动肌肉的刚性骨架，所述刚性骨架由若干轴节首尾活动连接组成，所述柔性气动肌肉包括若干环绕刚性骨架布置的气管以及分别设置于气管两端、用于对各气管进行密封固定的密封端盖和进气端盖，所述进气端盖上设置有用于对各气管进行充气的进气孔。

本发明采用多节气动肌肉首尾耦合，且每节气动肌肉均可独立控制，通过改变输入到气动肌肉的气压可以控制任一节朝任一个方向运动，提高了机械臂整体的灵活性；同时气动肌肉内部贯穿设置刚性骨架，能保持运动操作过程中的刚度，提高了机械臂整体的结构强度。

作为优选，所述刚性骨架包括端轴节和伸缩轴节，所述伸缩轴节包括外轴节和套于外轴节内且能轴向活动的内轴节；内轴节和外轴节可相对移动，提高了机械臂的可伸缩性。

所述伸缩轴节的内轴节与相邻伸缩轴节的外轴节活动连接，其中一个端轴节与相邻伸缩轴节的外轴节活动连接，另一个端轴节与相邻伸缩轴节的内轴节活动连接；两端轴节固定在对应的端盖上。

进一步优选，所述内轴节内设置有用于测量刚性骨架线位移信息的位移传感器。