气控气囊式软体机械臂的制作方法

本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及气控气囊式软体机械臂。本发明特别是涉及一种可抓取小型物体或到达指定位置的用硅胶制成的软体机器人。

背景技术：

无脊椎动物是动物的原始形式，其种类数占动物总种类数的95％。其中的软体动物，即无脊椎动物软体动物门，是除节肢动物外最大的类群，约10万种，是自然界现存生物对于机器人设计构想的一个极大的启发，其体柔软而不分节的形态，开创了机器人极大地提高柔韧性，指向无限自由度的道路。软体机器人通过对于其包裹材质的选取以及对于微小刚性环节的合理利用来达到构造柔性但又极易进行控制的目的。相对于无数个极小刚性环节构成的伪软体机器人，通过气体进行气动控制的新型柔韧机器人将会更加柔软，适应各种特殊的姿态要求，良好的完成拉伸与收缩，与环境进行安全高效地交互，同时对于当前姿态的保持方面做到稳定、稳固且不易破坏。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种气控气囊式软体机械臂，其在形态控制上和末端行为的控制上能精确控制和操作，能在狭窄或多障碍的情况下能避开障碍，到达指定位置执行任务或抓取物体，适用于医疗器械或救灾。

根据本发明提供的一种气控气囊式软体机械臂，包括软体硅胶外壳、气囊部件、气管、底座部件、气泵；

软体硅胶外壳的端部、气囊部件的端部、气管的端部紧固连接底座部件；

气囊部件、气管嵌入在软体硅胶外壳的内部；

气泵通过气管对气囊部件进行充气或者抽气。

优选地，气囊部件的数量为多条，每条气囊部件均能够独立充气或抽气。

优选地，气囊部件的数量为三条，这三条气囊部件呈等边三角形布置。

优选地，气囊部件包括依次连接的多个球囊，相邻的球囊之间通过球囊气道连通。

优选地，球囊上套设有硅胶环，硅胶环使得球囊只能沿硅胶环的轴向伸缩。

优选地，硅胶环套设在球囊的最大外径处。

优选地，软体硅胶外壳的外形形成波纹管状。

优选地，气囊部件通过硅胶固定件被紧固连接在软体硅胶外壳的内侧壁上。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明可以除驱动装置外均使用软质硅胶制成，能够根据环境状况，通过单片机控制气泵对多根气囊的充抽气，使整体进行弯曲收缩，特别是用于医疗方面时，能减少与外部挤压受力的情况。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明装置的整体结构概略图。

图2是图1中2部件的放大图。

图3是图1的纵剖面视图。

图4是气囊伸缩以带动机械臂弯曲的示意图。

图中：

1-软体硅胶外壳；2-气囊部件；3-气管；4-底座部件；5-硅胶固定件；6-硅胶环；7-球囊；8-球囊气道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的气控气囊式软体机械臂，其能够通过其内部气囊部件2的充抽气来改变主体的形状，从而能轻松避开环境中的障碍以到达指定位置进行相关操作。机械臂的气囊部件2由硅胶固定件5固定在机械臂软体硅胶外壳1的内侧壁，每根气囊部件2由10个球囊7相连组成，每个球囊7外侧均有一根较粗的硅胶环6箍着，以使气囊部件2只能在长度方向上进行伸缩，保证了机械臂良好的可重复收缩能力；相邻的球囊7间作了通气处理，作为球囊气道8，提供了机械臂的可弯曲性。通过气泵对软体硅胶外壳内部呈三角形并排排列的气囊部件2进行充气或抽气，直接改变气囊部件2在长度方向上的形变，即使气囊部件2进行纵向伸缩，进而间接地改变软体机械臂的弯曲形状，以适应环境。通过对并列的三根气囊部件2作不同的抽充气处理，能使整个软体机械臂达到所需的弯曲方向和弯曲程度。

进一步地，软体硅胶外壳是由软质硅胶制成的波纹管，使整个机械臂是柔软材质，并且能够在弯曲的过程中保持一定的形状而不会反弹，且可以给气囊提供足够的伸缩空间，满足整体的灵活性。所述的气囊部分有两节，每一节有三根气囊呈三角形并列放置，每根气囊的一端固定在外壳内侧壁上，另一端连接气管，抽气充气可以使气囊缩短或伸长。所述的球囊部分，球囊之间相连处作了通气处理，球囊间接触面积较小，可以使气囊整体在纵向伸缩的前提下保证了可弯曲性。所述的球囊部分侧面均有适当粗度的硅胶环进行横向尺度的固定，保证气囊的整体只能纵向伸缩。所述的气泵装置固定在在机械臂外部平台，连接气管至气囊，可以随时控制气囊的充放气。所述的气囊和外壳的硅胶块连接能够保证这个机械臂伸缩的重复性与可控性。

更为具体地，本实施例提供一种可随障碍变化形状的气控气囊式软体机械臂。如图1所示，包括：软体硅胶外壳1，其相当于软体机械臂的主体部分；气囊部件2，其为整个机械臂形变的核心部件，用硅胶固定其两端在外壳内侧壁上；气管部件3，其为气囊提供气体通道；底座部件4，支撑并固定整个机械臂。

气囊部件2，是由自配硅胶灌注而成，通过气管3和气泵(未图示)进行充气或抽气，气囊部件2上每个球囊7一侧，均有一个硅胶环6，用来限制球囊7的伸缩方向，即只在气囊部件2的与硅胶环垂直的方向上进行伸缩，通过这种控制方式可以实现气囊部件2整体的伸长和缩短。气囊部件2与软体硅胶外壳1是通过将气囊部件2的头部和尾部通过大块硅胶与软体硅胶外壳1内侧壁粘连进行连接和固定。并列的三根气囊部件2在软体硅胶外壳1中呈等边三角形分布，每根气囊部件2分别由不同的气泵进行控制，这样可通过气囊部件2的伸缩来带动整个机械臂的伸缩与弯曲。另外球囊7之间作了通气的设计，相邻球囊7之间打通作为球囊气道8，这样即可保证一根气囊部件2内部气压相通可控，又能在机械臂弯曲的情况下能跟着小幅弯曲，以免内部互相挤压冲突。

在遇到需要避开障碍的情况时，通过气管3对与期望行进方向相对的两个前端气囊部件2进行充气，被充气的两个气囊部件因为球囊7纵向膨胀而伸长，但未被充气的同层的另一气囊部件则因为没有受到充气而不改变当前的伸长，于是机械臂的软体硅胶外壳1向未被充气的气囊一方弯曲，表现为改变当前行进方向切入期望行进方向，实现避开障碍物。如果障碍物尺寸较机械臂大，那么则需要在机械臂前端随障碍物形状变化并绕过障碍物之后，对机械臂后部的三根气囊实现类似的操作。

气管3也随着气囊部件2被硅胶固定在软体硅胶外壳1以及底座部件4上。

为了能够尽可能不影响障碍物体的位置和形态，本发明提供的气控气囊式软体机械臂因其独特外壳结构软体硅胶外壳和控制方式气控而具有的本体可形变性，本体形变可控性，本体形变及时性以及运动灵活性，能够有效并及时随障碍变化形状从而有效实现在躲避障碍的同时尽可能减小对障碍本身位置的影响或产生挤压形变。

下面，结合上述机械臂装置，对其可实现的功能进行说明。

本实施例提供的一种功能是到达指定位置。如果指定位置在机械臂头部的正前端，可以通过对前后端两层气囊部件2通过气管3进行同程度的充气，球囊7纵向膨胀使得软体硅胶外壳1伸长从而机械臂的头部能够到达指定位置。如果指定位置在机械臂的侧面，则需要通过对机械臂前端的2根气囊部件2通过气管部件3进行充气，另一根气囊保持一定程度进行抽气，从而使得两根充气的气囊纵向膨胀，能够向着另一根气囊的方向弯曲，从而到达指定位置。气囊伸缩以带动机械臂弯曲如图4所示。

本实施例提供的另一种功能是通过增加机械臂前端头部的部件实现更多扩展功能。根据实施例提供的功能到达指定位置。可以根据需要在机械臂前端头部加上某些部件后对指定位置实现特定操作。如在机械臂前端加摄像头可以到达指定位置仔细观察该部位实时情况；加上可加热金属对指定部位进行烧除操作等。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。