本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)械臂。

背景技術(shù)：

1962年，由美國Unimation公司設(shè)計生產(chǎn)的第一臺工業(yè)機(jī)器人Unimate在通用汽車公司投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人的誕生。隨后的幾十年里，隨著計算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、傳感器、控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的性能在大幅度提高，深入到人類的多個領(lǐng)域，在今后機(jī)器人將繼續(xù)沿著橫向和縱向發(fā)展。橫向上，應(yīng)用的范圍越來越廣。從空間上看機(jī)器人正從地面向太空、深海、地下擴(kuò)展，從各個領(lǐng)域上講，機(jī)器人將深入到工業(yè)、軍事、航空、娛樂、服務(wù)；縱向上，機(jī)器人的種類將越來越多。微型機(jī)器人將會成為機(jī)器人的新秀，它能進(jìn)入人體直接對細(xì)胞、病毒進(jìn)行操作?？傊?，機(jī)器人將會變得更加智能，對人類的貢獻(xiàn)越來越大。

機(jī)械臂是機(jī)器人的一種，傳統(tǒng)的機(jī)械臂均為剛性連桿組成，通常有串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)三種結(jié)構(gòu)。這類機(jī)械臂的特點(diǎn)是具有離散關(guān)節(jié)和剛性連接，還有一類基于章魚臂、象鼻等生物器官仿生的連續(xù)體機(jī)械臂。由于連續(xù)體機(jī)械臂可在任意部位產(chǎn)生柔性變形，所以具有很強(qiáng)的避障能力，能夠更好的適應(yīng)非結(jié)構(gòu)環(huán)境，更好的抓取不規(guī)則物體。這類機(jī)械臂既可以像傳統(tǒng)機(jī)械臂那樣在末端裝上夾持裝置抓取物體，也可以利用機(jī)械臂本身卷起物體。從這類機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)上看，其功能強(qiáng)大，具有良好的柔順性和適應(yīng)性；從這類機(jī)器人的應(yīng)用角度看，這些機(jī)械臂的操作對象往往是一些柔軟、脆弱且有生命的目標(biāo)，而傳統(tǒng)的機(jī)械臂則不容易做到。

1995年，Immega等設(shè)計制作的KSI觸手型機(jī)械手，該機(jī)械手主要有氣囊、伺服電機(jī)、6根繩索組成，采用柔繩和氣體混合驅(qū)動；2001年，Hannan和Walker等人研發(fā)了超冗余度象鼻型機(jī)器人，該機(jī)器人由16個2自由度U型關(guān)節(jié)組成,總長82.32cm,可被分為長度不等的4個部分,其中每個部分包括4個關(guān)節(jié)。每個關(guān)節(jié)由繩索與彈簧混合實(shí)現(xiàn)混合控制；2003年,Peirs等人研制了一種用于內(nèi)窺鏡機(jī)器人外科手術(shù)的柔性彎曲關(guān)節(jié)段。該連續(xù)機(jī)器人由微機(jī)電超彈性NiTi合金管構(gòu)成,采用4根肌腱驅(qū)動,具有2個自由度,可在任意反方向彎曲90度；2007年,Harada等人研制了一種可彎曲的激光操作手,該操作手最大直徑2.4mm,可向任意方向彎曲,最大彎曲角度為90度；2011年,德國費(fèi)斯托公司研制根據(jù)大象鼻子的特點(diǎn)設(shè)計出來的新型仿生機(jī)器處理系統(tǒng)“仿生操作助手”,它可以平穩(wěn)地搬運(yùn)重負(fù)載,原理在于它的每一節(jié)椎骨可以通過氣囊的壓縮和充氣進(jìn)行擴(kuò)展和收縮；2014年，中國專利CN203804991U,公開了一種彈簧線控柔性象鼻機(jī)械臂，該實(shí)用新型包括安裝在機(jī)座上的多段串聯(lián)的關(guān)節(jié)，其中串聯(lián)的關(guān)節(jié)中第一關(guān)節(jié)的一端固定在機(jī)座上，第一關(guān)節(jié)的另一端和第二關(guān)節(jié)的一端固定連接在一起，其后依次類推，機(jī)座上固定有彈性支柱和驅(qū)動單元，驅(qū)動單元上有驅(qū)動彈簧，所述串聯(lián)關(guān)節(jié)固定在彈性支柱上，并且驅(qū)動彈簧穿過串聯(lián)關(guān)節(jié)。

以上所提到的這些類柔性機(jī)械臂按照驅(qū)動方式劃分，可以分為三類：內(nèi)驅(qū)動型、外驅(qū)動型和混合型。內(nèi)驅(qū)動型一般采用波紋管內(nèi)充流體驅(qū)動的方式，外驅(qū)動型采用輕質(zhì)連續(xù)體加遠(yuǎn)程驅(qū)動的方式,混合型驅(qū)動是綜合采納了內(nèi)、外兩種驅(qū)動的混合方案。外驅(qū)動或混合驅(qū)動型方案中的輕質(zhì)連續(xù)體的可能用彈性桿作為脊椎或用圓柱彈簧實(shí)現(xiàn)無脊椎。目前，這些類機(jī)械臂在機(jī)構(gòu)類型或驅(qū)動方式上大多為并聯(lián)的形式，在理論分析和樣機(jī)研制上難度較大；還有一些串聯(lián)的柔性機(jī)械臂構(gòu)型，其主體是以剛性構(gòu)件組成。在某些應(yīng)用場合，我們需要一種結(jié)構(gòu)形式簡單，質(zhì)量輕，理論工作量小，又足夠柔軟的串聯(lián)柔性機(jī)械臂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、柔軟度好、能夠?qū)崿F(xiàn)多個方向的彎曲運(yùn)動的氣動串聯(lián)的柔性機(jī)械臂。

本發(fā)明包括機(jī)座、執(zhí)行裝置以及連接它們的由多個結(jié)構(gòu)相同尺寸遞減的驅(qū)動單元依次串聯(lián)組成的柔性機(jī)械臂，機(jī)械臂外設(shè)有柔性防護(hù)罩，驅(qū)動單元的大小從機(jī)座到執(zhí)行裝置依次按10％的比例縮減，由兩個驅(qū)動單元串聯(lián)組成的機(jī)械臂為兩級機(jī)械臂，根據(jù)使用要求可以衍生出三級機(jī)械臂，四級機(jī)械臂乃至多級機(jī)械臂，通過每一級驅(qū)動單元的各自運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)整個機(jī)械臂的復(fù)雜運(yùn)動；所述的驅(qū)動單元包括兩組扇形氣囊、T形連接架、連接件和氣動管，所述一組扇形氣囊包括兩個折疊式的扇形氣囊，每一個的根部為四分之一半圓弧，一組中兩個扇形氣囊相對的一側(cè)分別與T形連接架平行的部分固連，其另一側(cè)均設(shè)有通氣接口，該通氣接口分別插入與主視近似Ω形的連接件的平面部分的通孔，并與連接件固連，該通氣接口與氣動管的一端連接，所有氣動管的另一端均連接到機(jī)座中對應(yīng)的控制元件上；兩組的扇形氣囊通過T形連接架和連接件相錯連接成十字布置；各驅(qū)動單元均通過T形連接架和連接件相錯連接；每組扇形氣囊負(fù)責(zé)一個方向的擺動，兩組扇形氣囊分別擺動形成空間的兩自由度運(yùn)動，通過每個扇形氣囊的協(xié)同充放氣過程可以實(shí)現(xiàn)單個驅(qū)動單元的彎曲變換，多個驅(qū)動單元的協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)整個機(jī)械臂的彎曲運(yùn)動。

所述的扇形氣囊的材質(zhì)為聚酰胺塑料，所述連接件和T形連接架的材質(zhì)均為硬質(zhì)塑料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，柔軟度好，在與人交互的過程中安全性高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意簡圖。

圖2為本發(fā)明的整體示意簡圖。

圖3為本發(fā)明驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意簡圖。

圖4為本發(fā)明驅(qū)動單元一組扇形氣囊的示意簡圖。

圖中：1-第一級驅(qū)動單元、2-第二級驅(qū)動單元、3-第三級驅(qū)動單元、4-第四級驅(qū)動單元、5-第五級驅(qū)動單元、6-手爪、7-機(jī)座、8-防護(hù)罩、9-T形連接架、10-扇形氣囊、11-螺釘、12-連接件、13-氣動管。

具體實(shí)施方式

在圖1和圖2所示的氣動串聯(lián)的柔性機(jī)械臂示意圖中，由第一級驅(qū)動單元1、第二級驅(qū)動單元2、第三級驅(qū)動單元3、第四級驅(qū)動單元4、第五級驅(qū)動單元5五級結(jié)構(gòu)相同，尺寸遞減的驅(qū)動單元依次串聯(lián)組成機(jī)械臂，驅(qū)動單元的大小從機(jī)座到執(zhí)行裝置依次按10％的比例縮減，機(jī)械臂外設(shè)有波紋管式的柔性防護(hù)罩8，機(jī)械臂的一端與機(jī)座7連接，其另一端與手爪6連接；根據(jù)使用要求可以衍生出更多級驅(qū)動單元的機(jī)械臂，通過每一級驅(qū)動單元的各自運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)整個機(jī)械臂的復(fù)雜運(yùn)動；

如圖3所示，所述的驅(qū)動單元包括兩組扇形氣囊、T形連接架、連接件和氣動管，所述一組扇形氣囊包括兩個折疊式的扇形氣囊10，每一個的根部為四分之一半圓弧，一組中兩個扇形氣囊相對的一側(cè)分別與T形連接架9平行的部分以粘合劑固連，其另一側(cè)均設(shè)有通氣接口，該通氣接口分別插入與主視近似Ω形的連接件12的平面部分的通孔，通氣接口與連接件通過粘合劑固連，該通氣接口與氣動管13的一端連接，所有氣動管的另一端均連接到機(jī)座中對應(yīng)的控制元件上，用以實(shí)現(xiàn)每個扇形氣囊的充放氣控制；兩組的扇形氣囊通過T形連接架9和連接件12相錯連接成十字布置；各驅(qū)動單元均通過T形連接架和連接件相錯連接。

如圖4所示，每組扇形氣囊負(fù)責(zé)一個方向的擺動，左邊的扇形氣囊充氣，右邊的扇形氣囊放氣，則帶動T形連接架向右擺動，反之，T形連接架則向左擺動，從而帶動連接在T形連接架上的另一組扇形氣囊往復(fù)擺動，兩組扇形氣囊分別擺動形成空間的兩自由度運(yùn)動，通過每個扇形氣囊的協(xié)同充放氣過程可以實(shí)現(xiàn)單個驅(qū)動單元的彎曲變換，實(shí)施例中的機(jī)械臂的五級驅(qū)動單元協(xié)同運(yùn)動便能實(shí)現(xiàn)整個機(jī)械臂的復(fù)雜運(yùn)動。

所述的扇形氣囊的材質(zhì)為聚酰胺塑料；所述連接件和T形連接架的材質(zhì)均為硬質(zhì)塑料。