[发明专利]一种刚柔耦合机械臂及机器人

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合机械臂，包括由若干骨架单体串联形成的内部骨架和环绕内部骨架、设置于相邻骨架单体之间的若干组气动肌肉；相邻骨架单体活动连接；所述骨架单体周向设置有若干对气动肌肉接口，每组气动肌肉对应设置在相邻骨架单体相对设置的气动肌肉接口上；相邻骨架单体上相对设置的气动肌肉接口包括密封固定接口和为气动肌肉充气的充气接口；骨架单体周向上还设置有与对应充气接口连通的气管接口。本发明通过在内部骨架外围布置柔性气动肌肉，使得机械臂同时具有刚性机器人和柔性机器人的优点，同时灵活性高。

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机械臂及机器人。

背景技术

随着机器人的发展和应用，服务、医疗、娱乐等非工业领域的人工将越来越多地备机器人所取代。在很多情况下，传统的机器人无法完全胜任工作，特别是在工作位置发生变化或环境未知的情况下，无法提前对机器人的工作流程进行全面的设计。在这些特殊条件和环境的要求下，轻型机械臂应运而生。轻量臂通常要求重量轻、结构紧凑、柔韧性好、高负载/重量比和良好的环境交互能力。虽然刚性工业机器人可以通过控制方法(力控制、阻抗控制)表现出一定的柔性，但由于传感器数据采集控制回路中的延迟、电机惯性、机械带宽等因素的影响，这种“柔性”实际上是非常有限的，并不是真正的柔性。轻型机械臂的柔韧性主要来自关节柔韧性和部件柔韧性。结构部件通常采用刚度较高且柔性较低的材料；关节采用大减速比的谐波减速器以获得一定的柔韧性，但这种柔性关节的刚度仍然很大，抗冲击能力仍然有限。

软体下连续体机器人以其优异的适应能力，在医疗康复、助老助残、外骨骼、连续操作、复杂环境监测探测、空间在轨操作等众多领域具有广阔的应用前景。但由于软体机器人本身的柔软性特性，软体机器人在运动过程中容易收到外界的干扰导致机器人发生意外的翻转扭曲。

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

本发明的一个目的在于提供一种刚柔耦合机械臂，通过在内部骨架外围布置柔性气动肌肉，使得机械臂同时具有刚性机器人和柔性机器人的优点，同时灵活性高。

一种刚柔耦合机械臂，包括由若干骨架单体串联形成的内部骨架和环绕内部骨架、设置于相邻骨架单体之间的若干组气动肌肉；相邻骨架单体活动连接；

所述骨架单体周向设置有若干对气动肌肉接口，每组气动肌肉对应设置在相邻骨架单体相对设置的气动肌肉接口上；相邻骨架单体上相对设置的气动肌肉接口包括密封固定接口和为气动肌肉充气的充气接口；骨架单体周向上还设置有与对应充气接口连通的气管接口。

本方案中，相邻骨架单体间设置有一组气动肌肉，机械臂被分成若干个可独立控制的关节，提高了机械臂的灵活性，同时内部骨架又提高了柔性机械臂的刚度，使得机械臂同时具有刚性机器人和柔性机器人的优点。