本发明属于机械臂领域，更具体地说，是涉及一种柔性机械臂及使用该柔性机械臂的无人机。
背景技术：
在机械应用中，常用需要用到多自由度机械臂。如地铁隧道和轻轨上，采用无人机进行维检过程中，通过各种摄像头和相机检测出如塑料袋、矿泉水瓶等各种威胁地铁运行安全的异物，但无人机在检测发现之后是无法将这些威胁地铁运营安全的异物清除，这时就需要在无人机上安装机械臂，以及时将异物抓取并携带出地铁运营线路，为地铁的运营提供强有力的保障。柔性机械臂相对于刚性机械臂能够实现很广的角度弯曲和很大的抓取范围，伸缩抓取更加快捷方便。现有柔性机械臂，如德国festo气动仿生全向象鼻机械臂，是采用充气式波纹管作为机械臂，通过对三根波纹管的各段进行充放气，以实现机械臂的弯曲伸展；然而这种柔性机械臂需要使用压缩气体对波纹管进行充放气，其体积较大，无法直接应用到无人机等需要占用体积较小的场所。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种柔性机械臂，以解决现有技术中存在的柔性机械臂体积较大的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种柔性机械臂，包括机架、机座、连接所述机架与所述机座的至少三根柔性臂、调节各所述柔性臂于所述机架到所述机座之间长度的驱动电机和用于定位相邻所述柔性臂之间距离的若干定位架，各所述驱动电机安装于所述机座上，至少三根所述柔性臂呈环形阵列分布，若干所述定位架沿所述柔性臂的长度方向间隔设置。
进一步地，各所述柔性臂包括柔性杆、与所述柔性杆的一端相连的螺杆和配合安装于各所述螺杆上的螺母，各所述螺母安装于所述机架上，各所述驱动电机与所述柔性杆的另一端固定相连。
进一步地，各所述柔性臂还包括连接各所述柔性杆与所述螺杆的固定夹。
进一步地，所述机架上开设有配合容置各所述螺母的容置通孔。
进一步地，各所述柔性杆的长度相等，各所述螺杆的长度相等。
进一步地，所述机座包括底盘和分别支撑各所述驱动电机的支撑座，各所述支撑座安装于所述机座上。
进一步地，所述机架包括连接各所述柔性臂的支撑盘，所述支撑盘远离所述柔性臂的一面的中心设有安装杆。
进一步地，还包括设于至少三根所述柔性臂中心的柔性连接杆，所述柔性连接杆与各所述定位架相连。
进一步地，还包括波纹管，各所述柔性机械臂及各所述定位架置于所述波纹管中。
本发明提供的柔性机械臂的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过呈环形阵列设置至少三根柔性臂，并设置若干定位架来定位这些柔性臂之间的距离，设置驱动电机以调节各柔性臂的长度，进而使一侧的柔性臂起拉动机架，而另一侧的柔性臂推顶机架，以实现调节机架指向的角度与位置，实现多自由度柔性弯曲移动的功能；由于直接使用驱动电机来调节各柔性臂的长度，则可以占用较小的安装空间，并且可以将该柔性机械臂制作较小。
本发明的另一目的在于提供一种无人机，包括如上所述的柔性机械臂。
本发明的无人机使用了上述柔性机械臂，可以实现多角度抓取物体，并且可以对地铁运营线路进行清除。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的柔性机械臂的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的柔性机械臂的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的柔性机械臂的爆炸结构示意图。
其中，图中各附图主要标记：
100-柔性机械臂；10-柔性臂；11-柔性杆；12-螺杆；13-螺母；14-固定夹；20-机架；21-支撑盘；211-容置通孔；22-安装杆；30-机座；31-底盘；32-支撑座；40-驱动电机；41-连接夹；50-定位架；51-第一通孔；52-第二通孔；53-减重孔；60-柔性连接杆；
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的柔性机械臂100进行说明。所述柔性机械臂100，包括机架20、至少三根柔性臂10、驱动电机40、机座30和若干定位架50，至少三根柔性臂10呈环形阵列分布。柔性臂10用于连接机座30与机架20，若干定位架50沿柔性臂10的长度方向间隔设置，定位架50用于定位相邻柔性臂10之间距离，以将各柔性臂10进行定位，使柔性臂10形成一个整体，防止柔性臂10散开。机座30支撑各驱动机构，而驱动电机40调节各柔性臂10于机架20到机座30之间的长度，从而机架20一侧的柔性臂10起推顶作用，而机架20另一侧的柔性臂10起拉动作用，以实现形成整体的这些柔性臂10弯曲，并使机架20朝向不同的角度弯曲及移动。本实施例中，柔性臂10为三根，结构简单，组装方便，同时也方便控制。在其它实施例中，柔性臂10也可以设置为四根、五根、六根等等，具体可以根据需要及强度来进行选择。
本发明提供的柔性机械臂100，与现有技术相比，本发明通过呈环形阵列设置至少三根柔性臂10，并设置若干定位架50来定位这些柔性臂10之间的距离，设置驱动电机40以调节各柔性臂10的长度，进而使一侧的柔性臂10起拉动机架20，而另一侧的柔性臂10推顶机架20，以实现调节机架20指向的角度与位置，实现多自由度柔性弯曲移动的功能；由于直接使用驱动电机40来调节各柔性臂10的长度，则可以占用较小的安装空间，并且可以将该柔性机械臂100制作较小。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，各柔性臂10包括柔性杆11、与柔性杆11的一端相连的螺杆12和配合安装于各螺杆12上的螺母13，各螺母13安装于机架20上，各驱动电机40与柔性杆11的另一端固定相连。通过驱动电机40带动柔性杆11转动，进而驱动螺杆12转动，而螺母13安装在前回上，并套在螺杆12上，则可以调节相应柔性臂10于机架20到机座30之间的距离。
在其它一些实施例中，驱动电机40也可以为直线电机，从而直接调节相应柔性臂10于机架20到机座30之间的距离。
在还有一些实施例中，也可以将柔性杆11的一端与机架20铰接，而通过驱动电机40带动螺母13转动，以实现调节相应柔性臂10于机架20到机座30之间的距离。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，各柔性臂10还包括连接各柔性杆11与螺杆12的固定夹14。设置固定夹14，以方便将柔性杆11与螺杆12固定相连。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，该柔性机械臂100还包括连接各所述柔性杆11与所述驱动电机40主轴的连接夹41。设置连接夹41，以方便将驱动电机40与柔性杆11固定相连。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，机架20上开设有配合容置各螺母13的容置通孔211。在机架20上开设容置通孔211，以方便安装固定各螺母13。在其它实施例中，也可以直接将螺母13固定在机架20上。
进一步地，机架20包括连接各柔性臂10的支撑盘21，支撑盘21远离柔性臂10的一面的中心设有安装杆22。设置安装杆22，以方便连接机械手或摄像头等装置。使用支撑盘21与安装杆22组成机架20，结构简单，制作方便。具体地，可以将各容置通孔211开设在支撑盘21上。
更进一步地，支撑盘21与安装杆22可以是一体成型，以方便加工制作，同时保证安装杆22与支撑盘21的连接强度。在其它一些实施例中，也可以仅设置支撑盘21，而将机械手或摄像头等外设直接与支撑盘21相连。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，各柔性杆11的长度相等，各螺杆12的长度相等。该结构可以方便组装，同时可以方便调节。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，机座30包括底盘31和分别支撑各驱动电机40的支撑座32，各支撑座32安装于机座30上。设置底盘31，以方便安装固定该机座30，进而方便使用该柔性机械臂100。在底盘31上设置支撑座32，以方便安装各驱动电机40。
更进一步地，底盘31与支撑座32可以是一体成型，以方便加工制作。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，柔性机械臂100还包括设于至少三根柔性臂10中心的柔性连接杆60，柔性连接杆60与各定位架50相连。设置柔性连接杆60，可以起到中心定位的作用。当然，柔性连接杆60可以为管状结构，以便可以供导线、绳索等穿过，进而方便连接与控制机架20上的外设。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，各定位架50上分别开设有配合供各柔性臂10穿过的第一通孔51，各定位架50的中心开设有供柔性连接杆60穿过的第二通孔52。将各柔性臂10插入第一通孔51中，则可以对各柔性臂10进行定位，保证相邻两根柔性臂10之间的距离不变，并将各柔性臂10的中部位置相连。而设置第二通孔52，以方便安装柔性连接杆60。
进一步地，本实施例中，定位架50为圆盘状结构，并在定位架50的圆周边均匀开设第一通孔51，以供各柔性臂10穿过，并将各柔性臂10进行定位。定位架50的中心开设第二通孔52，以供柔性连接杆60穿过。该定位架50结构简单，加工制作方便。更进一步地，圆盘状定位架50上还开设有若干减重孔53，以进一步减轻定位架50的重量。
更进一步地，第一通孔51中还可以安装轴承，而轴承套在相应的柔性杆11上，以便驱动电机40可以更灵活地驱动柔性杆11转动。
在其它实施例中，还可以设置多个环套，并通过连杆将各环套固定相连，而将各环套套在柔性臂10上，以实现将各柔性臂10定位。
进一步地，该柔性机械臂100还包括波纹管，各柔性机械臂100及各定位架50置于波纹管中。设置波纹管，可以起到保护柔性臂10的作用。
进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的柔性机械臂100的一种具体实施方式，该柔性机械臂100还包括控制各驱动电机40的控制器，以方便控制各驱动电机40。更进一步地，控制器中安装在无线通信模块，以便通过无线方式控制各驱动电机40。具体地，无线通信模块可以使用nrf24l01无线通讯模块和arduino，以实现约1000m的远程遥控。
本发明的柔性机械臂100，可以通过驱动电机40控制各柔性臂10于机架20与机座30之间的长度，以实现该柔性机械臂100能够水平360弯曲，而通过各柔性臂10的长度差，可以实现该柔性机械臂100长度方向最大弯曲约150度。当然，可以根据需要调节该柔性机械臂100长度方向最大弯曲角度，如弯曲90度、110度、120度等等。
更进一步地，为提高各驱动电机40的驱动扭力，各驱动电机40上还可以安装减速齿轮，各减速齿轮与相应的柔性杆11相连。
具体地，本实施例中，各驱动电机40可以使用12v直流减速电机，在其它实施例中，各驱动电机40也可以使用其它旋转电机。
具体地，各螺杆12可以使用直径4mm的螺杆，以减少占用体积。在其它一些实施例中，螺杆12也可以使用其它型号。
本发明还公开了一种无人机，包括如上所述的柔性机械臂100。该无人机使用了上述柔性机械臂100，可以实现多角度抓取物体，并且可以对地铁运营线路进行清除。如在柔性机械臂100的机架20上安装机械手，而柔性机械臂100可以实现垂直于长度方向360度的弯曲，沿长度方向最大120到150度的弯曲，以更好的将机械手伸入到各指定位置进行抓取。在另一些实施例中，机架20上还可以安装摄像头，以实现对各角度进行摄像。更进一步地，无人机中可以设置无线通讯模块，以实现远程通信与控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。