一种可旋转的全柔性机械臂的制作方法

本发明涉及了一种软体机器人结构部件，尤其是涉及了一种可旋转的全柔性机械臂。

背景技术：

传统的刚性机械臂在进行人机交互时，可能会因为误操作对人造成伤害，而全柔性机械臂工作时碰到人或其他物体时，会改变自身的形状，极大地提高了机械臂工作时的安全性。但已有的柔性机械臂只能向有限个方向弯曲，限制了其灵活性。

技术实现要素：

为了解决现有柔性机械臂只能向有限个方向弯曲的问题，本发明提供一种新型的可旋转的全柔性机械臂，用于软体机器人。本发明将柔性关节和柔性机械臂结合，提高机械臂的运动范围。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包括柔性关节和柔性机械臂；柔性关节和柔性机械臂相连；柔性关节包括上底面、侧边曲面、下底面、关节硅胶管、关节连接模块，上底面尺寸小于下底面尺寸，侧边曲面密封包围连接在上底面、下底面周围之间，使得整个柔性关节形成密封气室，上底面开有通孔，上底面与关节连接模块固定对接，关节连接模块下端面开有盲孔，关节硅胶管插装连接于关节连接模块的盲孔，关节硅胶管一端与密封气室相连，另一端穿出关节连接模块侧面连接到外部气源；外部气源对气室抽真空后，侧边曲面正向扭转同时带动上底面和下底面之间的距离变近，即使得柔性关节边旋转边降低高度，气源对气室充气变成大气压后，侧边曲面反向扭转同时带动上底面和下底面之间的距离变远，即使得柔性关节边旋转边增加高度，柔性关节恢复为原来的常态形状。

柔性机械臂包括机械臂硅胶管、机械臂连接模块、机械臂侧面、机械臂主体、机械臂底座；机械臂主体位于机械臂连接模块与机械臂底座之间，机械臂主体的外侧为沿柔性关节伸缩方向布置的齿条状结构，机械臂主体的内侧与机械臂侧面密封相连；齿条状结构的每处齿内部均设有中空小气室，各处齿的小气室通过机械臂主体中间内部设有的连通腔贯穿连通形成一个完整的机械臂密封气室。

机械臂主体的上端面开有通孔，机械臂连接模块下端面设有盲孔，盲孔的圆心与机械臂主体的上端面孔的圆心相重合，机械臂硅胶管插装连接于机械臂连接模块的盲孔，机械臂硅胶管一端与机械臂密封气室相连，另一端穿出机械臂连接模块侧面连接到外部气源。

柔性关节的关节连接模块固定到柔性机械臂的机械臂连接模块的上方，构成可旋转的全柔性机械臂。

柔性关节和柔性机械臂均用同种硅胶材料制作。

所述的机械臂硅胶管接正压后，机械臂主体发生变形，齿条状结构内小气室的膨胀程度大于连通腔的膨胀程度，柔性机械臂朝向机械臂侧面的方向发生弯曲，机械臂硅胶管接负压后，齿条状结构内小气室的收缩程度大于连通腔的收缩程度，柔性机械臂朝向远离机械臂侧面的方向发生弯曲；关节硅胶管接负压，侧边曲面正向扭转带动柔性关节旋转，柔性关节的下底面和柔性机械臂的上底面同步运动，驱动柔性机械臂旋转，使柔性机械臂弯向不同的方向。

本发明的有益效果是：

本发明的柔性机械臂可以实现双向弯曲，柔性关节能灵活调整改变机械臂弯曲方向，极大地提高了柔性机械臂的灵活性。本发明是一种全柔性结构，在人机交互时不会对人造成伤害，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是柔性机械臂的结构示意图；

图3是机械臂主体的结构示意图；

图4是机械臂连接模块结构示意图；

图5是机械臂主体的变形示意图；

图6是柔性关节的变形示意图；

图7是关节连接模块结构示意图。

图中：1.柔性关节，2.柔性机械臂，3.机械臂硅胶管，4.机械臂连接模块，5.机械臂侧面，6.机械臂主体，7.机械臂底座，8.关节硅胶管，9.关节连接模块，10.上底面，11.侧边曲面，12.下底面。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

如图1、图6、图7所示，本发明包括柔性关节1和柔性机械臂2，柔性关节1和柔性机械臂2均用同种硅胶材料制作；柔性关节1和柔性机械臂2相连；柔性关节1包括上底面10、侧边曲面11、下底面12、关节硅胶管8、关节连接模块9，上底面10尺寸小于下底面12尺寸，侧边曲面11密封包围连接在上底面10、下底面12周围之间，使得整个柔性关节1形成密封气室，且使得柔性关节1形成近似上小下大的柱形结构，上底面10开有通孔，上底面10与关节连接模块9固定对接，关节连接模块9下端面开有盲孔，关节硅胶管8插装连接于关节连接模块9的盲孔，关节硅胶管8一端与密封气室相连，另一端穿出关节连接模块9侧面连接到外部气源；外部气源对气室抽真空后，侧边曲面11正向扭转同时带动上底面10和下底面12之间的距离变近，即使得柔性关节1边旋转边降低高度，气源对气室充气变成大气压后，侧边曲面11反向扭转同时带动上底面16和下底面18之间的距离变远，即使得柔性关节1边旋转边增加高度，柔性关节恢复为原来的常态形状。

如图2、图3、图4所示，柔性机械臂2包括机械臂硅胶管3、机械臂连接模块4、机械臂侧面5、机械臂主体6、机械臂底座7；机械臂主体6位于机械臂连接模块4与机械臂底座7之间，机械臂主体6的外侧为沿柔性关节1伸缩方向布置的齿条状结构，机械臂主体6的内侧与机械臂侧面5密封相连；齿条状结构的每处齿内部均设有中空小气室，各处齿的小气室通过机械臂主体6中间内部设有的垂直的连通腔贯穿连通形成完整一个机械臂密封气室。

柔性关节1的关节连接模块9固定到柔性机械臂2的机械臂连接模块4的上方，构成可旋转的全柔性机械臂。

如图4所示，机械臂主体6的上端面开有通孔，机械臂连接模块4下端面设有盲孔，盲孔的圆心与机械臂主体6的上端面孔的圆心相重合，机械臂硅胶管3插装连接于机械臂连接模块4的盲孔，机械臂硅胶管3一端与机械臂密封气室相连，另一端穿出机械臂连接模块4侧面连接到外部气源。

本发明的实施方式如下：

本发明的关节硅胶管8接负压，侧边曲面11正向扭转带动柔性关节1旋转，柔性关节1的关节连接模块9下底面和柔性机械臂2的机械臂连接模块4上底面4同步运动，驱动柔性机械臂2旋转，通过控制柔性机械臂2接正压和负压进而弯向不同的方向。柔性关节1和柔性机械臂2的结合使柔性机械臂2的运动从平面二维运动变为空间三维运动，提高了机械臂的运动范围和灵活性。

如图5所示，机械臂硅胶管3接正压后，机械臂主体6发生变形，齿条状结构内小气室的膨胀程度大于连通腔的膨胀程度，柔性机械臂2朝向机械臂侧面5的方向发生弯曲。

机械臂硅胶管3接负压后，齿条状结构内小气室的收缩程度大于连通腔的收缩程度，柔性机械臂2朝向远离机械臂侧面5的方向发生弯曲。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种可旋转的全柔性机械臂。柔性关节和柔性机械臂相连，柔性关节的侧边曲面密封包围连接在上底面、下底面之间，使得整个柔性关节形成密封气室，外部气源对气室通气或者抽气，柔性关节边旋转边改变高度；机械臂主体的外侧为沿柔性关节伸缩方向布置的齿条状结构，齿条状结构的每处齿内部均设有中空小气室，各处齿的小气室通过机械臂主体中间内部设有的连通腔贯穿连通形成完整一个机械臂密封气室，机械臂硅胶管一端与机械臂密封气室相连，另一端连接到外部气源，关节硅胶管接负压，柔性关节驱动柔性机械臂旋转，柔性机械臂弯向不同的方向。本发明能够改变调整机械臂弯曲方向，极大地提高了柔性机械臂的灵活性，应用前景广阔。

技术研发人员：邹俊;焦中栋
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2018.08.02
技术公布日：2019.01.01