CN112828932A - 一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂，包括内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三、外波纹管、波纹管连接件顶部密封盘和底部密封盘；所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管三通过波纹管连接件安装于外波纹管内，所述顶部密封盘安装于外波纹管的顶端，所述底部密封盘安装于外波纹管的底部，所述内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三和外波纹管均形成封闭腔体，所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管三的外表面与外波纹管的内表面相切；本发明通过外部额外增加一个波纹管且对其内腔进行抽真空控制实现对整个柔性臂的刚度调节与控制，弥补传统三腔气动操作臂的刚度与其长度耦合的不足。

Description

一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂
技术领域
本发明涉及到柔性操作臂领域，尤其涉及到一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂。
背景技术
目前已有的机器人操作臂大多是以刚性结构设计为主，笨重、运动范围有限且灵活性差。因此很有必要设计一款柔性可变长度和可变刚度的柔性操作臂。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂，包括内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三、外波纹管、波纹管连接件顶部密封盘和底部密封盘；所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管三通过波纹管连接件安装于外波纹管内，所述顶部密封盘安装于外波纹管的顶端，所述底部密封盘安装于外波纹管的底部，所述顶部密封盘用于将内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三和外波纹管的顶部密封，所述底部密封盘用于将内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三和外波纹管的底部密封，所述内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三和外波纹管均形成封闭腔体，所述封闭腔体分别为内波纹管腔一、内波纹管腔二、内波纹管腔三和外波纹管腔，所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管三的外表面与外波纹管的内表面相切。
优选的，所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管沿外波纹管的圆周呈120度间隔分布。
优选的，所述外波纹管的表面呈波纹状。
优选的，所述底部密封盘的底部设有若干通气孔，所述通气孔内均安装气管，所述气管的一端穿过通气孔嵌入内波纹管腔一、内波纹管腔二、内波纹管腔三内和外波纹管腔内。通过气管能够对内波纹管腔一、内波纹管腔二、内波纹管腔三和外波纹管腔进行充放气以驱动柔性操作臂。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂采用了波纹管结构设计柔性操作臂，具有运动灵活，运动范围大的优点；通过外部额外增加一个波纹管且对其内腔进行抽真空控制实现对整个柔性臂的刚度调节与控制，弥补传统三腔气动操作臂的刚度与其长度耦合的不足；柔性操作臂固有的被动适应性能使其具有更强的环境适应能力，具有更广泛的应用潜力。
附图说明
为了更清楚的说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为为本发明的俯视图；
图2为本发明的整体剖视图；
图3为本发明的整体结构示意图；
图4为本发明的部分结构示意图；
以上图例所示：内波纹管一1；内波纹管腔一2；内波纹管二3；内波纹管腔二4；内波纹管腔三5；内波纹管三6；外波纹管腔7；外波纹管8；波纹管连接件9；顶部密封盘11；底部密封盘12；气管13。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“固定”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，在图中，结构相似的单元是用以相同标号标示。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
实施例1
如图1－4所示，一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂，包括内波纹管一1、内波纹管二3、内波纹管三6、外波纹管8、波纹管连接件9、顶部密封盘11和底部密封盘12；所述内波纹管一1、内波纹管二3和内波纹管三6通过波纹管连接件9安装于外波纹管8内，所述顶部密封盘11安装于外波纹管8的顶端，所述底部密封盘12安装于外波纹管8的底部，所述顶部密封盘11用于将内波纹管一1、内波纹管二3、内波纹管三6和外波纹管8的顶部密封，所述底部密封盘12用于将内波纹管一1、内波纹管二3、内波纹管三6和外波纹管8的底部密封，所述内波纹管一1、内波纹管二3、内波纹管三6和外波纹管8均形成封闭腔体，所述封闭腔体分别为内波纹管腔一2、内波纹管腔二4、内波纹管腔三5和外波纹管腔7，所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管三的外表面与外波纹管的内表面相切。
实施例2
在实施例1的基础上，所述内波纹管一1、内波纹管二3和内波纹管6沿外波纹管8的圆周呈120度间隔分布。
实施例3
在实施例1的基础上，所述外波纹管8的表面呈波纹状。
实施例4
在实施例1的基础上，所述底部密封盘12的底部设有若干通气孔，所述通气孔内均安装气管13，所述气管13的一端穿过通气孔嵌入内波纹管腔一2、内波纹管腔二4、内波纹管腔三5内和外波纹管腔7内。通过气管13能够对内波纹管腔一2、内波纹管腔二4、内波纹管腔三5和外波纹管腔7进行充放气以驱动柔性操作臂。
柔性材料制作的波纹管结构具有良好的弯曲和伸缩特性，尤其是波纹管结构良好的伸缩特性不仅可以通过三根波纹管实现任意方向弯曲的连续体操作臂，而且可以保证操作臂具有很大的收缩比。此柔性操作臂以波纹管结构为主体，内部三个波纹管组成一个气动连续体操作臂，通过控制三个内波纹管腔的气压可以实现波纹管柔性操作臂的任意方向弯曲和伸长缩短运动。外波纹管加入用来实现整个柔性操臂的变刚度，通过对外波纹管腔7抽真空实现对三个内波纹管结构轴向施加压力的作用，进而实现对整个柔性操作臂的刚度调节与控制。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂，其特征在于，包括内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三、外波纹管、波纹管连接件顶部密封盘和底部密封盘；所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管三通过波纹管连接件安装于外波纹管内，所述顶部密封盘安装于外波纹管的顶端，所述底部密封盘安装于外波纹管的底部，所述内波纹管一、内波纹管二、内波纹管三和外波纹管均形成封闭腔体，所述封闭腔体分别为内波纹管腔一、内波纹管腔二、内波纹管腔三和外波纹管腔，所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管三的外表面与外波纹管的内表面相切。
2.根据权利要求1所述一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂，其特征在于，所述内波纹管一、内波纹管二和内波纹管沿外波纹管的圆周呈120度间隔分布。
3.根据权利要求1所述一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂，其特征在于，所述外波纹管的表面呈波纹状。
4.根据权利要求1所述一种具有伸缩特性的气动变刚度柔性操作臂，其特征在于，所述底部密封盘的底部设有若干通气孔，所述通气孔内均安装气管，所述气管的一端穿过通气孔嵌入内波纹管腔一、内波纹管腔二、内波纹管腔三内和外波纹管腔内。
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