本发明属于机械臂应用技术领域，设计一种利用气动控制转向和伸展的软体机械臂装置，具体涉及一种模块化的气控型软体伸缩机械臂。
背景技术：
传统机械臂主要采用刚性结构设计，关节采用单自由度电机控制，通过多关节设计，实现机械臂的多自由度运动。然而，刚性机械臂虽在末端位置精度控制方面有所保障，但其面临着质量重、体积大、人机友好交互难等问题。例如，目前市场上1.5m操控范围的小型机械臂，其本体质量约300kg；而目前空间站上应用的10m机械臂，其质量更是达到了1.5t左右。刚性机械臂不具有长度伸展功能，通过多个单自由度关节连接而成，且质量重、体积大，在结构轻巧性和灵活性方面，尚有较大改进空间。
技术实现要素：
为了克服现有技术应用领域中存在的不足，本发明提出了一种灵活控制转向和自由伸展、降低结构质量与体积、满足较大运动范围的模块化气控型软体伸缩机械臂。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种模块化的气控型软体伸缩机械臂，所述机械臂包括两个以上由气压控制的气控型软体单模块，所述气控型软体单模块以首尾相接的方式连接，所述气控型软体单模块包括用于转向的气控型旋转关节和用于伸展的气控型直臂段，所述气控型旋转关节与气控型直臂段相连接。
进一步地，所述气控型软体单模块还包括连接在气控型旋转关节远离气控型直臂段一端的底部安装面板和连接在气控型直臂段远离气控型旋转关节一端的顶端安装面板，所述底部安装面板和顶端安装面板用于不同气控型软体单模块之间的连接。
进一步地，所述气控型旋转关节包括波纹腔、底部连接板、顶部连接板，所述气控型旋转关节包括三个以上用于随内部压力大小伸缩的所述波纹腔，所述波纹腔以环形阵列的方式排布，所述波纹腔包括多层沿波纹腔收缩的方向叠加且内部导通的波纹节，所述波纹腔同一层上的波纹节之间通过柔性材料连接，所述波纹腔的下部连接有所述底部连接板，所述底部连接板的下部连接在所述底部安装面板上，所述波纹腔的上部与顶部连接板连接，所述顶部连接板与所述气控型直臂段的一端相连接。
进一步地，所述波纹腔的数量为三个，三个所述波纹腔以底部连接板的中心线为轴环形阵列排布，所述波纹腔靠近底部安装面板一侧的中心设有用于对波纹腔供气的供气孔，所述波纹腔的下方设有用于密封波纹腔的密封塞。
进一步地，所述密封塞的内部开设有“l”形状的进气孔，所述进气孔的一端与供气孔相连接，所述进气孔的另一端与第一供气管路相连接，所述第一供气管路与外部气泵的一个输出端相连接，所述密封塞靠近波纹腔的一侧设有密封卡槽，所述密封卡槽内设有密封圈，所述密封塞与波纹腔之间通过螺栓连接压紧。
进一步地，所述波纹腔的波纹节侧壁上设有连接耳，所述连接耳上开设有穿绳孔，通过连接绳穿过波纹腔的每一个波纹节用来限定波纹腔转向角度。
进一步地，所述气控型直臂段包括连接盖板一、锯齿波纹管、织物限位层、连接盖板二，所述连接盖板一的一侧与气控型旋转关节的一端相连接，所述连接盖板一的另一侧与锯齿波纹管的一端相连接，所述锯齿波纹管通过液体硅胶浇筑一体化成型为锯齿状的波纹管，所述锯齿波纹管的外侧设有织物限位层，所述锯齿波纹管的另一端与连接盖板二相连接，所述连接盖板二与顶端安装面板连接。
进一步地，所述锯齿波纹管的内部设有储气腔，所述连接盖板一上开设有进气口，所述进气口的一端与储气腔导通连接，连接所述波纹腔的柔性材料中心开设有中心通孔，所述中心通孔内设有第一供气管路，所述第一供气管路的一端与外部气泵的一个输出端相连接，所述第一供气管路的另一端与气控型直臂段的进气口相连接。
进一步地，所述织物限位层为直筒状构型，所述织物限位层的外侧壁上设有束绳孔，所述束绳孔内连接有弹性绳，所述弹性绳用于约束织物限位层与锯齿波纹管的外壁贴合。
进一步地，所述机械臂根据转向的角度和伸展的长度选择气控型软体单模块连接的数量。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
一种模块化的气控型软体伸缩机械臂，由多节气控型软体单模块以首尾相接的方式连接而成，每一节气控型软体单模块的气控型旋转关节通过气压调节其转向的角度，每一节气控型软体单模块的气控型直臂段通过气压保证伸展的刚性；本发明弥补了传统刚性机械臂重量、体积大的缺陷，设计了一种通过气压灵活控制机械臂转向和伸展的模块化软体机械臂，由多节气控型软体单模块组合而成，满足了运动范围较大的实际要求，每一节气控型软体单模块的转向角度不会过大，可根据应用场景的需要，串联适当数量的气控型软体单模块。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明气控型软体单模块的结构示意图；
图3为本发明气控型软体单模块的剖面结构示意图；
图4为本发明气控型旋转关节的结构示意图；
图5为本发明气控型旋转关节的截面示意图；
图6为本发明气控型旋转关节的放大截面示意图；
图7为本发明的机械臂原始状态的示意图；
图8为本发明的机械臂气压驱动状态的示意图。
图例说明：1：气控型软体单模块，2：底部安装面板，3：气控型旋转关节，301：波纹腔，302：底部连接板，303：顶部连接板，304：密封塞，305：连接耳，306：供气孔，307：密封圈，308：进气孔，309：中心通孔，4：气控型直臂段，401：连接盖板一，402：锯齿波纹管，403：织物限位层，404：连接盖板二，5：顶端安装面板。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如附图所示，一种模块化的气控型软体伸缩机械臂，机械臂的一端安装在固定台上，通过固定台可将机械臂一端固定安装，机械臂由三个气控型软体单模块1组成，气控型软体单模块1以首尾相接的方式连接，气控型软体单模块1包括底部安装面板2、气控型旋转关节3、气控型直臂段4、顶端安装面板5，底部安装面板2的上部与气控型旋转关节3的一端相连接，气控型旋转关节3的另一端与气控型直臂段4一端相连接，气控型直臂段4的另一端与顶端安装面板5的下部相连接。
气控型旋转关节3包括波纹腔301、底部连接板302、顶部连接板303，气控型旋转关节3包括三个波纹腔301，每个波纹腔301的底部通过螺栓与底部连接板302相连接，底部连接板302可拆卸的安装在底部安装面板2上，波纹腔301以底部连接板302的中心为轴环形阵列排布，每个波纹腔301包括10层内部导通的波纹节构成，每个波纹腔301的同一层波纹节之间通过柔性材料连接，每个波纹腔301的顶部通过螺栓或者黏贴的方式固定在顶部连接板303上，顶部连接板303通过螺栓或者其他可拆卸的方式与气控型直臂段4的一端相连接。
每个波纹腔301的底部中心开设有与波纹腔301导通的供气孔306，每个波纹腔301的下部设有密封塞304，密封塞304靠近波纹腔301的一侧设有密封卡槽，密封卡槽内设有密封圈307，通过螺栓将密封塞304压紧连接在波纹腔301的下部，并通过密封圈307起到密封的作用，密封塞304内部设有与供气孔306对接的进气孔308，进气孔308与第一供气管路的一端相连接，第一供气管路的另一端与外部气泵的一个输出端相连接，通过外部气泵控制三个波纹腔301内的气压在1-100mpa的范围内变化，从而使得气控型旋转关节3与气控型直臂段4之间的夹角在0-60°的范围内转向。
在波纹腔301的外侧壁上还设置有连接耳305，连接耳305上开设有穿绳孔，在穿绳孔内连接用于限定波纹腔301转向角度的连接绳，通过设置在三个波纹腔301侧壁的连接绳的长度调节，进一步限制气控型旋转关节3的转向角度；当需要调节气控型旋转关节3向上转向15°时，将需要转向的角度均分到三个气控型软体单模块1向上转向5°，再通过控制外部气泵调节单个的气控型软体单模块1上部的一个波纹腔301内压力为10mpa，且调节单个的气控型软体单模块1下部的两个波纹腔301内压力为30mpa，使得三个气控型软体单模块1都能向上转向5°，从而实现气控型旋转关节3向上转向15°，并在气控型软体单模块1从上到下的穿绳孔内系上一根连接绳，通过连接绳对穿绳孔的束缚作用，保证气控型软体单模块1的转向角度的稳定性。本发明通过控制各个波纹腔301内的气压大小，并配合连接绳对波纹腔301的限制作用，不需要复杂的结构，便可灵活的实现机械臂的转向。
气控型直臂段4包括连接盖板一401、锯齿波纹管402、织物限位层403、连接盖板二404，连接盖板一401与气控型旋转关节3的顶部连接板303通过螺栓或者其他可拆卸的方式相连接，锯齿波纹管402的两端通过卡接或者其他固定连接的方式分别与连接盖板一401和连接盖板二404相连接，锯齿波纹管402通过液体硅胶浇筑一体化成型为锯齿波纹管402状，锯齿波纹管402的外侧设有直筒状的织物限位层403，织物限位层403的两端通过卡接或者其他固定连接的方式分别与连接盖板一401和连接盖板二404相连接，连接盖板二404与顶端安装面板5通过螺栓或者其他可拆卸的方式相连接。
锯齿波纹管402的内部设有储气腔，连接盖板一401上开设有进气口，进气口的一端与锯齿波纹管402内部的储气腔连接，底部连接板302的中心位置开设有圆形的中心通孔309，中心通孔309内贯穿连接有第二供气管路，进气口的另一端与第二供气管路的一端相连接，第二供气管路与外部气泵的一个输出端相连接，由外部气泵控制储气腔的充气和放气，从而控制气控型直臂段4的伸缩，且在气控型直臂段4伸展时，由外部气泵对气控型直臂段4提供足够的气压，保证气控型直臂段4在伸展时的刚性。
通过外部气泵控制储气腔内的气压在1-100mpa的范围内变化，使得气控型直臂段4伸展足够的长度且能保证足够的刚度，储气腔内的气压大小与气控型旋转关节3的转向角度相关联；织物限位层403的外侧壁上还可以设有束绳孔，在束绳孔内连接弹性绳，通过弹性绳约束织物限位层403与锯齿波纹管402的外壁贴合，在气控型直臂段4不需要伸展时，弹性绳使得织物限位层403和锯齿波纹管402收束为波纹状；本发明通过控制气控型直臂段4的气压大小，并配合弹性绳的收束作用，控制气控型直臂段4的伸展长度，并在气控型直臂段4伸展的情况下，保证伸展的气控型直臂段4的刚性，从而替换传统重量、体积大的刚性机械臂。
此外，本发明的机械臂根据转向的角度和伸展的长度选择气控型软体单模块1连接的数量，从而使得气控型旋转关节3和气控型直臂段4很好的配合，来实现机械臂的较大范围的转向和伸展。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。