[發明專利]一種充氣式柔性輕質機械臂

有效

• 申請號: 201911283255.2
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110900654B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 劉金國;于雪華;劉玉旺
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J18/06
• 分類號: B25J18/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明屬于機械臂領域，具體地說是一種充氣式柔性輕質機械臂，包括氣壓回路模塊、相機、瘦人工肌肉、氣囊體、機座、氣囊充氣罐、輸氣管道、樹脂墊片、空氣壓縮機、電線、電源，瘦人工肌肉通過樹脂墊片連接于氣囊體，使機械臂得以驅動，瘦人工肌肉的驅動力來源于氣壓回路模塊通過輸氣管道所提供的壓縮空氣，壓縮空氣來源于空氣壓縮機，機械臂的連桿是采用充入氦氣的氣囊體，氣囊體具有自重補償能力，相機安裝于機械臂的最末端，通過電線連接到機座的電源上；整個充氣式柔性輕質機械臂固定于機架上。本發明結構新穎，控制簡單，適用于危險、高空、受災領域以及外太空的檢驗和偵查。

技術領域

本發明屬于機械臂領域，具體地說是一種充氣式柔性輕質機械臂。

背景技術

近年來，傳統的機械臂暴露出越來越多的問題。逐漸由剛性轉變為柔性的機械臂，制造出了很多仿生的機器人。蛙泳機器人、靈動機械手的關鍵部分均采用了人工肌肉驅動，柔性化的趨勢隨之而展開。現有的機械臂大多數是剛性的，而柔性的機械臂能彌補剛性機械臂的一些不足，它能夠在危險、高空和復雜的領域開展檢驗和勘察任務，長而輕的優勢，讓制造成本和危險系數大大降低。

發明內容

針對傳統機械臂存在的問題，本發明的目的在于提供一種充氣式柔性輕質機械臂，適用于危險、高空、受災領域以及外太空的檢驗和偵查。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括氣囊體、瘦人工肌肉、輸氣管道、氣囊充氣罐、機座、空氣壓縮機及氣壓回路模塊，其中氣囊充氣罐、空氣壓縮機及氣壓回路模塊分別安裝在機座上，所述氣囊體為至少四個，彼此之間通過關節軸串聯連接、形成機械臂的連桿，且各氣囊體內部相通，位于第一的氣囊體安裝在所述氣壓回路模塊上，并通過充氣管路與氣囊充氣罐相連通，由該氣囊充氣罐向各所述氣囊體內部充入比空氣輕的氣體，使充氣后的各氣囊體懸浮在空氣中；每個所述氣囊體上連接或跨越有僅能軸向伸縮的瘦人工肌肉，該瘦人工肌肉跨越三個氣囊體，瘦人工肌肉的兩端分別與所跨越的三個氣囊體中位于兩側的連接，所述瘦人工肌肉為內部中空結構，一端連接有輸氣管道，另一端為封閉端；所述氣壓回路模塊具有控制瘦人工肌肉充氣或放氣的三位四通電磁換向閥，該三位四通電磁換向閥分別與所述空氣壓縮機及輸氣管道相連；所述空氣壓縮機通過三位四通電磁換向閥經輸氣管道向瘦人工肌肉內充氣，被充氣的瘦人工肌肉與輸氣管道連接的一端所相連的氣囊體在瘦人工肌肉因充氣而收縮的過程中作為基座保持不動，由作為基座的氣囊體向遠離氣壓回路模塊方向的其余氣囊體則向充氣的瘦人工肌肉一側轉動。

其中：所述瘦人工肌肉分為鉛垂面瘦人工肌肉組及水平面瘦人工肌肉組，該鉛垂面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉在鉛垂面上對稱位于氣囊體的上下兩側，所述水平面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉在水平面上對稱位于氣囊體的左右兩側，該鉛垂面瘦人工肌肉組及水平面瘦人工肌肉組中的瘦人工肌肉長度相等，任意一根瘦人工肌肉均跨越三個氣囊體；所述鉛垂面瘦人工肌肉組與水平面瘦人工肌肉組沿氣囊體形成的機械臂連桿長度方向交替設置，且相鄰鉛垂面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉與水平面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉部分重疊。

所述鉛垂面瘦人工肌肉組及水平面瘦人工肌肉組分別設有各自獨立的三位四通電磁換向閥，每個三位四通電磁換向閥分別通過輸氣管道與鉛垂面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉或水平面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉相連；所述鉛垂面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉不同時充氣，即一根充氣、另一根放氣；所述水平面瘦人工肌肉組的兩根瘦人工肌肉不同時充氣，即一根充氣、另一根放氣。

所述氣囊體在四個的基礎上，每增加一個氣囊體即增加一組所述鉛垂面瘦人工肌肉組或水平面瘦人工肌肉組；相應地，所述氣壓回路模塊中增加一個所述三位四通電磁換向閥。

所述瘦人工肌肉由在乳膠管外面包裹一層尼龍網織物制成，一端為絕緣帶，另一端為密封區域，在所述絕緣帶上開設有壓縮空氣入口，該壓縮空氣入口的一端與所述輸氣管道相連，另一端與所述乳膠管的內部連通。

所述壓縮空氣入口與輸氣管道為過盈配合連接。