[發明專利]一種氣囊驅動的柔性機械臂

在審

• 申請號: 202110143797.0
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112936253A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 張博;李啟新;鄭子軒
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: B25J9/14
• 分類號: B25J9/14;B25J18/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 崔方方

本發明公開了一種氣囊驅動的柔性機械臂，屬于機械臂領域。本發明的氣囊驅動的柔性機械臂，通過控制機械臂內氣囊的氣壓，使柔性材料的框架單元產生形變，具有高靈活性，可產生復雜的形變；另一方面，機械臂由柔性材料制成，在受到撞擊后會產生彈性形變緩沖沖擊，具有一定的防撞擊能力，不會因撞擊而失效，具有良好的結構強度和穩定性。本發明的機械臂由氣囊驅動，通過在框架單元內的氣囊來驅動機械臂運動，提高了控制的安全性及穩定性。

技術領域

本發明屬于機械臂領域，尤其是一種氣囊驅動的柔性機械臂。

背景技術

傳統剛性機械臂一般由有限個剛性關節構成，自由度低，對于一些需要機械臂達到復雜構型的任務，傳統剛性機械臂因自由度受限無法完成此類工作。另一方面，剛性機械臂在碰撞后容易因撞擊而失效。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統剛性機械臂自由度受限的缺點，提供一種氣囊驅動的柔性機械臂。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種氣囊驅動的柔性機械臂，包括兩列中空菱形柱體狀的框架單元，相鄰的框架單元之間通過側面相連；

所述框架單元由柔性材料制成；

所述框架單元內兩個不同高度處分別設置一個氣囊，所述氣囊上分別設有充氣通道；

當氣囊處于充氣狀態時，氣囊能夠擠壓框架單元的內壁，進而使框架單元產生形變。

進一步的，相鄰的側面相連的框架單元由3D打印工藝制成。

進一步的，所述柔性材料為熱塑性聚氨酯。

本發明的氣囊驅動的柔性機械臂的控制方法，對氣囊進行充、放氣進行彎曲變形和長度變形，實現彈性變形范圍內的任意構型。

進一步的，進行彎曲變形的控制過程為：

將一列所有氣囊充氣，另一列不充氣，則充氣列框架每個單元內氣囊充氣后膨脹，擠壓單元內壁，使單元縱向伸長，而另一列單元縱向長度不發生變化，從而充氣列長度大于另一列，機械臂的充氣列向另一列彎曲；隨著充氣量的不同，伸長量隨之變化，機械臂彎曲曲率隨之變化；

將上側所有氣囊充氣，下側氣囊不充氣，則框架每個單元上側氣囊充氣后膨脹，擠壓內壁，使單元上側縱向長度伸長，單元下側縱向長度不發生變化，從而框架上側長度大于下側，機械臂向下彎曲；

將下側氣囊充氣而上側不充氣，則機械臂向上彎曲；

充入氣囊的氣壓值變化，則單元的伸長量變化，機械臂上下兩側長度差發生變化，因此機械臂彎曲的曲率變化，實現通過控制氣囊的氣壓進而控制彎曲度。

進一步的，進行長度變形的控制過程為：

對所有氣囊充入相同氣壓，框架單元內所有氣囊充氣后膨脹擠壓內壁，兩列單元上下兩側氣囊同時產生相同的形變，從而使每個單元上下側縱向長度產生相同的伸長，進而使得機械臂整體伸長；

隨著充氣量的不同，每個單元的伸長量發生相同變化，機械臂伸長量發生變化，進而實現通過控制氣囊的氣壓進而控制伸長量。

進一步的，進行任意構型變形的控制過程為：

給定機械臂目標構型后，機械臂單元根據目標構型彎曲情況進行分段，每段機械臂進行側向彎曲和上下彎曲組合實現360°范圍內任意方向彎曲，控制氣囊內氣壓值實現曲率變化，進而實現每段機械臂彎曲方向與曲率和目標構型相同，從而分段實現構型匹配，達到機械臂目標構型。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：