[发明专利]一种变刚度软体机械臂

说明书

本发明提供了一种变刚度软体机械臂，包括两个连接座和设置于两个连接座之间的多个波纹管模块，多个波纹管模块之间并行设置，波纹管模块包括内层波纹管、外层波纹管和变刚度主体，在内层波纹管形成主通气腔体，在内层波纹管与外层波纹管之间形成变刚度腔体，变刚度主体设置于变刚度腔体内；变刚度主体具有两个或两个以上的硬质颗粒层，硬质颗粒层包括柔性连接层和均匀布置在该柔性连接层上的若干的硬质颗粒，相邻的硬质颗粒层连接在一起；位于内侧的硬质颗粒层连接在内层波纹管的外壁上；本发明能够主动地调节机械臂的整体刚度，提高了机械臂的负载能力，扩展了机械臂的应用场合。

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种变刚度软体机械臂。

背景技术

现如今，传统的刚性机械臂占据着机器人市场的主流，这些刚性机械臂存在着结构密度大，与工作环境交互的安全性等问题；随着机器人的应用逐渐增多，其面临的操作环境也越来越复杂。因此，对于机器人的适应性和安全性，必须提出更高的要求。

不同于传统机械臂使用刚性硬质材料制作，软体机械臂主要使用具有大变形特性的柔性材料加工而成，用这类材料制成的机械臂，具有较大的可变形性和弹性，可以在复杂的环境中实现变形，更加灵活，即使和外界物体发生碰撞，自身的柔顺性也会起到一定的缓冲作用，增加了交互的安全性，为人机合作的研究领域开辟了新的视角。

软体机械臂由于其固有的柔顺性和灵活性，可以进行连续操作，从而能够在有限的环境中进行安全地交互和平稳地运动；然而，要保证机械臂的高柔顺性，通常意味着要牺牲其负载能力；因而，对于软机械臂来说，重要的是在保持可接受的刚度的同时还具有适当的柔顺性，以扩大其应用范围。

目前的气动软体机械臂完全由柔性材料制成，柔性材料的使用使得该机械臂的负载能力降低，制约了软体机械臂的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种变刚度软体机械臂，其能够主动地调节机械臂的整体刚度，提高了机械臂的负载能力，扩展了机械臂的应用场合。

为了实现上述目的，本发明提供了一种变刚度软体机械臂，包括两个连接座和设置于两个连接座之间的多个波纹管模块，多个波纹管模块之间并行设置，波纹管模块包括：

内层波纹管，在内层波纹管形成主通气腔体；

外层波纹管，在内层波纹管与外层波纹管之间形成变刚度腔体；

变刚度主体，变刚度主体设置于变刚度腔体内；

其中变刚度主体具有两个或两个以上的硬质颗粒层，硬质颗粒层包括柔性连接层和均匀布置在该柔性连接层上的若干的硬质颗粒，相邻的硬质颗粒层连接在一起；

其中位于内侧的硬质颗粒层连接在内层波纹管的外壁上；

其中通过控制主通气腔体内的气压值大小，控制波纹管模块的伸缩量，通过控制变刚度腔体内的负压值大小，使内层波纹管和外层波纹管压紧变刚度主体，变刚度主体中不同的硬质颗粒层中的颗粒相互挤压，从而改变变刚度主体的刚度值。

作为本发明的另一种具体实施方式，波纹管模块的数目为三个，三个波纹管模块以间隔120°方式并联在两个连接座之间。

作为本发明的另一种具体实施方式，柔性连接层为硅胶连接层。

作为本发明的另一种具体实施方式，作为本发明的另一种具体实施方式，外层波纹管包覆在位于外层的硬质颗粒层上。

作为本发明的另一种具体实施方式，相邻的硬质颗粒层通过二次浇筑法粘接在一起，位于内侧的硬质颗粒层通过二次浇筑法粘接在内层波纹管的外壁上。

作为本发明的另一种具体实施方式，连接座上设有端盖，端盖通过粘合剂与内层波纹管、外层波纹管粘接在一起。