[发明专利]一种刚度可调多自由度全柔性机械臂结构

说明书

本发明公开了一种刚度可调多自由度全柔性机械臂结构，可以伸缩、弯曲、调节刚度，并且可末端位置达到360°上任意一点的全柔性机械臂装置。该结构由玻璃纤维棒，气囊，金属节片，U形扣，基座和节气阀组成。U形扣通过U型双头螺栓固定在玻璃纤维棒的顶端；四根玻璃纤维棒通过每个金属节片的均布的四个小孔和气囊中央穿出；下部气囊顶端气嘴插入上部气囊尾部；四根玻璃纤维棒末端从基座的四个孔穿过，每一根玻璃纤维棒分别由下部的伺服电机滑台驱动，节气阀分别接入底部气囊的开口处通过伺服电机滑台驱动四根玻璃纤维棒，从而实现该柔性机械臂的姿态控制与顶部自由端的位置控制。通过节气阀向气囊中通入气体，实现调节柔性臂的刚度。

技术领域

本发明涉及控制末端位置及整体姿态的全柔性机械臂结构，尤其是一种刚度可调多自由度全柔性机械臂结构。

背景技术

柔性机械结构具有很好的灵活性，能够适应复杂的工作环境和操作要求。传统的机械臂多采用刚性杆进行连接，运动过程中占用空间较大。此全柔性机械臂的优势在于，不仅可以对末端位置进行操作，同时可以控制主体姿态，大大提高了工作的灵活性。本发明采用了玻璃纤维棒作为支撑结构，金属节片来限制玻璃纤维棒的中段姿态，同时，利用玻璃纤维棒外套上的气囊来分隔开各个节片，提高了整体结构的稳定性并使得全柔性机械臂在收缩和舒张后各节片间的距离保持一定，并且可以实现刚度的调节。

发明内容

本发明依据要解决的技术问题是提出一种刚度可调多自由度全柔性机械臂结构，以增加全柔性机械臂的自由度，使其操作空间能够达到更广阔的区域，并节省占用空间。该结构稳定性可靠，功能完善，刚度可控，末端位置能够达到外包络面内的任意位置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种刚度可调多自由度全柔性机械臂结构，该结构由玻璃纤维棒1、U形扣2、气囊3、金属节片4、节气阀5和基座6组成。

金属节片4沿竖向分层布设，各层金属节片4之间设有气囊3；四根玻璃纤维棒1沿金属节片4的圆周向布设，每根玻璃纤维棒1穿过气囊3后再穿过金属节片4上的小孔，U形扣2通过U型双头螺栓将玻璃纤维棒1的顶端固定在顶层的金属节片4上；各层的金属节片4之间的气囊3顺次首尾连接；四根玻璃纤维棒1的底部分别从基座6的四个孔穿过，每根玻璃纤维棒1由伺服电机滑台驱动，节气阀5连接在最底层气囊3的开口处。

金属节片4为环形中空结构。

初始状态下，底部驱动的伺服电机滑台静止，该全柔性机械臂结构的长度最长。

当四个伺服电机滑台运动，带动玻璃纤维棒1向下运动，全柔性机械臂结构之间的金属节片4间距变小，气囊3被压缩，使得全柔性机械臂结构的整体长度被压缩；带动玻璃纤维棒1向上运动时，全柔性机械臂结构的整体长度被拉伸。

当相邻的两个伺服电机滑台同时运行，运动行程不一样时，两组玻璃纤维棒1的伸长量不相同，柔性臂便出现弯曲现象。

在运动过程中，通过节气阀5通入气体，根据通入气体的气压大小实现全柔性机械臂结构的刚度调节。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。

本发明采用了玻璃纤维棒加金属节片为主体结构材料，大大提高了全柔性臂的韧性和灵活度；在每层金属节片间加入气囊，保持了各节片间有一定距离，通过气压调节柔性臂整体的刚度，提高了稳定性；

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明顶部连接结构示意图；

图3是气囊结构示意图，(a)是气囊结构示意图，(b)是下气囊结构示意图；

图4是本发明上、下气囊连接部分示意图；

图5是本发明弯曲示意图；

图6是本发明伸缩示意图；