CN115091450A - 柔性机械臂及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性机械臂及机器人，包括相互连接的柔性弯曲模组和末端执行机构，所述柔性弯曲模组包括第一刚性件、第二刚性件、设于所述第一刚性件和所述第二刚性件之间的折叠单元组、以及连接所述第一刚性件和所述第二刚性件的支撑结构，所述折叠单元组包括至少两个由流体驱动变形的第一折叠单元，所述折叠单元组的其中一端紧固于所述第一刚性件，所述折叠单元组的另一端紧固于所述第二刚性件，所述支撑结构上设有铰链。本发明提供的柔性机械臂及机器人，一是可以使该机械臂的弯曲动作更加稳定，二是可以提高该机械臂的侧向刚度，从而可以提高柔性机械臂的载荷体积比、载荷自重比、防止折叠单元组坍塌等。

Description

柔性机械臂及机器人

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，更具体地说，是涉及一种柔性机械臂及机器人。

背景技术

现有的机械臂主要采用传统的电机、刚性结构的流体驱动等致动方式，导致现有的机械臂尺寸大、重量大，其自由度受限于关节的数量、具体配置及组合方式，因此活动范围受限，对电场、磁场、射线等特殊环境条件较为敏感，因此作业环境受限，而且其刚性结构安全性差，容易对周围物体或人造成破坏或伤害。

目前的柔性臂方案多停留在实验室阶段，例如利用磁性材料、电聚合物、形状记忆材料等，但还是无法克服作业环境受限和载荷自重比小的缺陷。或也有以气体改变气囊形状，带动机械臂运动的方式，但其载荷自重比仍然很小。

以上各种机械臂各自或组合的方案均无法同时克服所列举的技术缺陷，如载荷体积比小，载荷自重比小、运动过程中稳定性不佳等问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种柔性机械臂及机器人，以解决现有技术中存在的载荷体积比小、载荷自重比小、运动不稳定的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种柔性机械臂，包括相互连接的柔性弯曲模组和末端执行机构，所述柔性弯曲模组包括第一刚性件、第二刚性件、设于所述第一刚性件和所述第二刚性件之间的折叠单元组、以及连接所述第一刚性件和所述第二刚性件的支撑结构，所述折叠单元组包括至少两个由流体驱动变形的第一折叠单元，所述折叠单元组的其中一端紧固于所述第一刚性件，所述折叠单元组的另一端紧固于所述第二刚性件，所述支撑结构的其中一端紧固于所述第一刚性件，所述支撑结构的另一端紧固于所述第二刚性件，所述支撑结构上设有铰链。

可选地，所述折叠单元组在无驱动状态下在平行所述折叠单元端面的平面内的投影面积为S1，所述第一刚性件和所述第二刚性件在平行所述折叠单元端面的平面内投影的最小外接圆面积中较小的一个为S2，S1:S2>1:5。

可选地，所述第一刚性件和所述第二刚性件在平行状态下的最大距离为d，所述第一刚性件和所述第二刚性件在平行所述折叠单元端面的平面内投影的最小外接圆中较小的一个直径为D，d：D<2:1。

可选地，所述第一刚性件和所述第二刚性件在垂直所述折叠单元端面的方向的尺寸为h，所述第一刚性件和所述第二刚性件的在平行所述折叠单元端面的平面内投影的最小外接圆中较小的一个直径为D，h:D<1:2。

可选地，所述铰链为阻尼铰链，且所述阻尼铰链的阻尼可调节。

可选地，所述末端执行机构包括夹爪座、多个夹爪本体以及多个由流体驱动变形的第二折叠单元，所述夹爪本体转动连接于所述夹爪座，所述第二折叠单元设置于所述夹爪座和所述夹爪本体之间。

可选地，所述柔性机械臂还包括柔性旋转模组，所述柔性旋转模组的固定端与所述柔性弯曲模组连接，所述柔性旋转模组的旋转端与所述末端执行机构连接。

可选地，所述柔性旋转模组包括由流体驱动伸缩的第三折叠单元、由所述第三折叠单元驱动平移的动力推板、螺母、与所述螺母螺纹连接的丝杆、第一端板以及第二端板，所述螺母固定于所述动力推板，所述第三折叠单元的两端分别固定于所述第一端板和所述动力推板，所述丝杆的两端分别支撑于所述第一端板和所述第二端板。

可选地，所述柔性旋转模组还包括助力件，所述助力件的两端分别连接于所述第二端板和所述动力推板。

可选地，所述助力件为弹性件。

可选地，所述助力件为由流体驱动伸缩的第四折叠单元，所述第四折叠单元的两端分别固定于所述第二端板和所述动力推板。

可选地，所述柔性旋转模组还包括至少一组导向组件，所述导向组件包括第一导向件和第二导向件，所述第一导向件设于所述第一端板上，所述第二导向件设于所述动力推板上，所述第一导向件和所述第二导向件具有形状相互匹配的配合部，使所述推动件相对所述定位件在平行所述丝杆件的轴向方向移动。

可选地，所述第一导向件和所述第二导向件之一为平行所述丝杆的杆，另一为外套于所述杆的孔；或者，所述第一导向件和所述第二导向件之一为平行所述丝杆的槽，另一为内嵌于所述槽的凸耳。

可选地，所述丝杆呈中空设置。

本发明还提供一种机器人，包括上述的柔性机械臂。

本发明提供的柔性机械臂及机器人的有益效果在于：与现有技术相比，本发明柔性机械臂包括相互连接的柔性弯曲模组和末端执行机构，柔性弯曲模组包括至少由两个折叠单元组成的折叠单元组，折叠单元组的两端分别由第一刚性件和第二刚性件支撑，当各个折叠单元内的压力不一致时，则可以使柔性弯曲模组弯曲。第一刚性件和第二刚性件之间还设置有支撑结构，支撑结构上具有铰链，支撑结构一是可以使该机械臂的弯曲动作更加稳定，二是可以提高该机械臂的侧向刚度，从而可以提高柔性机械臂的载荷体积比、载荷自重比、防止折叠单元组坍塌等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的柔性机械臂的立体结构图；

图2为本发明实施例提供的第一种柔性弯曲模组的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的第二种柔性弯曲模组的立体结构图；

图4为本发明实施例提供的第一种柔性旋转模组的爆炸结构图；

图5为本发明实施例提供的第一种柔性旋转模组的剖视图；

图6为本发明实施例提供的第二种柔性旋转模组的立体结构图；

图7为本发明实施例提供的第二种柔性旋转模组的爆炸结构图；

图8为本发明实施例提供的第二种柔性旋转模组的剖视图；

图9为本发明实施例提供的末端执行机构的爆炸结构图。

其中，图中各附图标记：

1-柔性弯曲模组；11-第一刚性件；110-输入接口；111-第一刚性单元；12-第二刚性件；121-第二刚性单元；13-折叠单元组；131-第一折叠单元；14-支撑结构；141-铰链；2-柔性旋转模组；21-第三折叠单元；221-螺母；222-动力推板；223-丝杆；224-导向柱；23-第一端板；24-第二端板；241-环形凸起；25-弹性件；26-外筒；27-第四折叠单元；28-轴承；3-末端执行机构；31-夹爪座；32-第二折叠单元；33-夹爪本体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明实施例提供的柔性机械臂进行说明。

请参阅图1及图2，柔性机械臂包括柔性弯曲模组1和末端执行机构3，柔性弯曲模组1和末端执行机构3相互连接，末端执行机构3为柔性机械臂的末端执行件。末端执行机构3可以为柔性夹爪、机械夹爪、云台、摄像模组、消防或农业用途的喷洒装置等。

柔性弯曲模组1包括折叠单元组13、第一刚性件11、第二刚性件12和支撑结构14。折叠单元组13设置于第一刚性件11和第二刚性件12之间，且折叠单元组13的两端分别紧固于第一刚性件11和第二刚性件12，以提高柔性弯曲模组1的刚度，减小折叠单元组13变形过程中内陷、坍塌、错位紊乱等现象。折叠单元组13与第一刚性件11和第二刚性件12均密封连接。折叠单元组13包括至少两个第一折叠单元131，折叠单元组13内的第一折叠单元131并列设置于第一刚性件11和第二刚性件12之间，各个第一折叠单元131的大小可相同，也可不相同。第一折叠单元131由气体、液体等流体驱动变形，为了方便描述，以下以气体驱动为例进行说明。将气体输入第一折叠单元131，第一折叠单元131内部的气压大于外部的大气压时，第一折叠单元131体积变大；当第一折叠单元131内部的气压小于外部的大气压时，第一折叠单元131体积变小。各个第一折叠单元131内的气压不相同时，柔性弯曲模组1会朝向气压较小的第一折叠单元131一侧弯曲，从而通过流体驱动柔性弯曲模组1的弯曲。

其中，第一刚性件11和第二刚性件12通过支撑结构14连接，支撑结构14的其中一端固定于第一刚性件11，支撑结构14的另外一端固定于第二刚性件12。支撑结构14上设置有铰链141。这样，在柔性弯曲模组1朝向某一方向弯曲时，其运动更加稳定，支撑结构14为柔性弯曲模组1的弯曲运动形成支撑，而且可以提高第一折叠单元131的侧向刚度，进而可以使其能够具有更大的作业范围，不会因为弯曲角度过大而内陷坍塌。

上述实施例中的柔性机械臂，包括相互连接的柔性弯曲模组1和末端执行机构3，柔性弯曲模组1包括至少由两个第一折叠单元131成的折叠单元组13，折叠单元组13的两端分别由第一刚性件11和第二刚性件12支撑，当各个第一折叠单元131内的压力不一致时，则可以使柔性弯曲模组1弯曲。第一刚性件11和第二刚性件12之间还设置有支撑结构14，支撑结构14上具有铰链141，支撑结构14一是可以使该机械臂的弯曲动作更加稳定，二是可以提高该机械臂的侧向刚度，从而可以提高柔性机械臂的载荷体积比、载荷自重比、防止折叠单元组13坍塌等。

在本发明的其中一个实施例中，第一折叠单元131的数量为两个，支撑结构14的数量为一个，且支撑结构14设置于两个第一折叠单元131中心连线的中点处。如此，该柔性弯曲模组1至少具有两个弯曲方向，即分别朝向两个第一折叠单元131的外侧弯曲，而且，柔性弯曲模组1朝向两个方向弯曲时，支撑结构14均能够对第一折叠单元131具有较好的支撑作用，减小第一折叠单元131变形时坍塌的可能性。支撑结构14当然也可设置于其他位置，即偏离上述的中点设置。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2及图3，第一折叠单元131的数量大于等于三个，如三个、四个、五个等。多个第一折叠单元131呈环形排列于第一刚性件11和第二刚性件12之间，可以使该柔性弯曲模组1的整体刚度变大，而且可以使柔性弯曲模组1能够朝多个方向弯曲，柔性弯曲模组1的弯曲方向则越多，与其连接的机械爪的作业范围也就越大。需要说明的是，环形并不一定是圆环形。

可选地，多个第一折叠单元131沿某一中心轴周向等间隔分布，使柔性弯曲模组11在各个方向弯曲时的受力情况大致相同，不会出现某处或者某一方向的强度和刚度较弱的情况。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图图2及图3，多个第一折叠单元131呈环形排列于第一刚性件11和第二刚性件12之间。折叠单元组13的外接圆柱的中心轴设为中心对称轴，支撑结构14的数量为一个，支撑结构14设置在该中心对称轴处。也就是说，各个第一折叠单元131以中心对称轴呈旋转对称排列。柔性弯曲模组1朝任意方向弯曲，支撑结构14均能够对柔性弯曲模组1的弯曲进行配合导向，使其弯曲运动更加平稳，还能够使各个第一折叠单元131在弯曲时增强其侧向刚度。当然，支撑结构14也可以偏离上述的中心对称轴设置。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2，第一刚性件11和第二刚性件12均为圆形，各个第一折叠单元131的两端分别固定在第一刚性件11和第二刚性件12上。第一刚性件11和第二刚性件12的圆心可均位于中心对称轴(各个第一折叠单元131的外接圆柱的中心轴)，使柔性弯曲模组1为中心对称结构，朝各个方向弯曲时的受力情况较为均衡，周向各个部位的侧向刚度也大致相同。

其中，第一刚性件11、第二刚性件12和第一折叠单元131的固定连接方式此处不作限定，例如，可通过螺钉固定连接。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图3，第一刚性件11包括多个第一刚性单元111，各个第一刚性单元111均连接于支撑结构14的其中一端。第二刚性件12包括多个第二刚性单元121，各个第二刚性单元121均连接于支撑结构14的另外一端。第一刚性单元111、第二刚性单元121和第一折叠单元131的数量相同，各个第一折叠单元131的两端分别固定连接对应的第一刚性单元111和第二刚性单元121。因此，第一刚性单元111、第二刚性单元121相对支撑结构14的分布与第一折叠单元131相对支撑结构14的分布相同。在该实施例中，在保证柔性弯曲模组1刚度的情况下，减小了刚性件的材料用量，减轻柔性弯曲模组1的重量，进而提高了载荷自重比。

在其他实施例中，第一刚性件11和第二刚性件12可为椭圆、多边形等形状，第一刚性件11和第二刚性件12的形状此处不作限定。

在本发明的其中一个实施例中，折叠单元组13在无驱动状态下，其在平行于第一折叠单元131端面的平面内的投影面积为S1，第一刚性件11和第二刚性件12在平行于第一折叠单元131端面的平面内投影的最小外接圆面积中较小的一个为S2。平行于第一折叠单元131端面的平面可称为参考投影面。具体而言，第一刚性件11和第二刚性件12的形状和尺寸相同，第一刚性件11和第二刚性件12的最小外接圆在参考投影面的投影面积均为S2；第一刚性件11的最小外接圆在参考投影面的投影面积大于第二刚性件12的最小外接圆在参考投影面的投影面积时，第二刚性件12的最小外接圆在参考投影面的投影面积为S2；第一刚性件11的最小外接圆在参考投影面的投影面积小于第二刚性件12的最小外接圆在参考投影面的投影面积时，第一刚性件11的最小外接圆在参考投影面的投影面积为S2。S1:S2>1:5，使柔性弯曲模组1的结构更为紧凑、体积更小、重量也更轻。例如，S1:S2为0.3、0.4、0.5等。

在本发明的其中一个实施例中，铰链141为阻尼铰链，在柔性弯曲模组1弯曲时，阻尼铰链相应转动，增加柔性弯曲模组11在转动过程中的摩擦力，使柔性弯曲模组1运动时更加稳定和平滑，防止产生抖动。

可选地，阻尼铰链为阻尼球铰、阻尼十字铰等。阻尼铰链的阻尼可调节，可根据机械臂负载等调节阻尼的大小。阻尼球铰、阻尼十字铰等均为现有技术，此处不作赘述。

在本发明的其中一个实施例中，第一折叠单元131为折叠气囊，可向折叠气囊内输入气体或者液体调节折叠气囊内的压力，改变折叠气囊的体积。第一折叠单元131为软质件，可由高分子材料制成。第一刚性件11或者第二刚性件12上具有输入接口110，气体或者液体通过该输入接口110进入到折叠气囊的内部。在其他实施例中，也可在第一折叠单元131上设置输入接口110，从该输入接口110内输入流体。

在本发明的其中一个实施例中，第一刚性件11和第二刚性件12在垂直于第一折叠单元131端面的方向尺寸为h，第一刚性件11和第二刚性件12的在平行第一折叠单元131端面的平面内投影的最小外接圆中较小的一个直径为D，h:D小于1:2，使第一刚性件11和第二刚性件12趋于扁平化，减小了其占用的轴向空间(垂直于第一折叠单元131端面的方向)，实现了柔性弯曲模组11的小型化和轻量化。可选地，h:D为1:3、1:5、1:10等。

可选地，第一刚性件11和第二刚性件12为平板状，使第一刚性件11和第二刚性件12既能够起到加强柔性弯曲模组1刚度的作用，又不会占用过多的轴向空间。此时，h为第一刚性件11和第二刚性件12的厚度。

在本发明新型的其中一个实施例中，第一刚性件11和第二刚性件12在平行状态下两者之间的最大距离为d，第一刚性件11和第二刚性件12在参考投影面的最小外接圆中较小的一个直径为D，d：D小于2:1。如此，可以防止第一折叠单元131的伸缩长度过长而导致柔性弯曲模组1整体不稳定，可以防止第一折叠单元131坍塌、内陷等，还可以在同D值的柔性机械臂的单位长度里设置更多弯曲模组，实现更大的组合弯曲范围。可选地，d:D为3:2、5:4、1:1、4:5等。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1，柔性弯曲模组1的数量为多个，如两个、三个等，以避免力的错位、紊乱或者抵消，从而可以保持柔性机械臂的正常运动。在两个相邻的柔性弯曲模组1中，其中一个柔性弯曲模组1的第二刚性件12与其相邻的柔性弯曲模组1的第一刚性件11固定连接，从而使相邻两个柔性弯曲模组1固定连接。

可选地，相邻两个柔性弯曲模组1中，相邻的第一刚性件11和第二刚性件12通过螺钉等连接件固定连接，或者相邻的第一刚性件11和第二刚性件12一体成型，或者，相邻的第一刚性件11即为第二刚性件12。在实际加工装配中，在轴向方向上排列的第一折叠单元131之间隔设一个刚性件即可。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1，柔性机械臂还包括柔性旋转模组2，柔性旋转模组2的固定端与柔性弯曲模组1连接，柔性旋转模组2的旋转端与末端执行机构3连接。如此，该柔性机械臂具有弯曲、旋转的功能，使其作业范围更大、作业盲区更小。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图4及图6，柔性旋转模组2包括第三折叠单元21、螺母221、丝杆223、第一端板23、第二端板24和动力推板222。第三折叠单元21由流体驱动伸缩，第三折叠单元21的工作原理与第一折叠单元131相同，此处不再赘述。第三折叠单元21的两端分别固定于第一端板23和动力推板222，螺母221也固定于动力推板222。因此，在流体推动第三折叠单元21伸缩时，动力推板222随着第三折叠单元21的伸缩而运动，螺母221也随动力推板222同步运动。螺母221与丝杆223螺纹连接，螺母221与动力推板222的运动同步，螺母221仅在第三折叠单元21的伸缩方向直线运动，并不转动，丝杆223在螺母221的直线运动下旋转，并由丝杆223输出旋转运动。

其中，丝杆223的两端分别支撑于第一端板23和第二端板24，丝杆223的两端分别在第一端板23和第二端板24内转动。具体而言，丝杆223和第一端板23之间设置有轴承28，使丝杆223的转动更加顺滑；丝杆223和第二端板24之间也可设置轴承28，使丝杆223的转动更加顺滑。

需要说明的是，第三折叠单元21与第一端板23和动力推板222均为密封连接，防止漏气或者漏水。

可选地，柔性旋转模组2还包括助力件，助力件也用于推动动力推板222，助力件与第三折叠单元21配合，可以使螺母221的运动更加平稳，丝杆223的转动也更加平稳。另外，在第三折叠单元21无法自动回位时，可以通过助力件的伸缩使第三折叠单元21回位。

在其中一个实施例中，请参阅图5，助力件为弹性件25，弹性件25的两端分别连接于第二端板24和动力推板222。在流体停止驱动第三折叠单元21时，弹性件25在自身的弹力作用下会推动动力推板222，从而使第三折叠单元21回位，避免出现第三折叠单元21无法自动回位的情况发生。弹性件25可选为弹簧，弹性件25可套设于丝杆223的外周。具体而言，第二端板24上具有环形凸起241，环形凸起241对弹性件25具有定位作用，弹性件25的一端可套设于环形凸起241上。

可选地，柔性旋转模组2还包括外筒26，外筒26的两端分别固定于第一端板23和第二端板24，第三折叠单元21、动力推板222、丝杆223、螺母221等均设置于外筒26的内部，外筒26可以对上述的结构进行保护，使该柔性旋转模组2可以在较为恶劣的环境下工作。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图6至图8，助力件为第四折叠单元27，第四折叠单元27的两端分别固定于第二端板24和动力推板222。第四折叠单元27与第二端板24和动力推板222均密封连接。在该实施例中，动力推板222可在第三折叠单元21的作用下运动，也可在第四折叠单元27的作用下运动。具体而言，动力推板222的运动速度和运动行程可在第三折叠单元21和第四折叠单元27的共同作用下确定，可以使螺母221的运动更加平稳，丝杆223的转动也更加平稳。另外，在第三折叠单元21无法自动回位时，可以通过第四折叠单元27的伸缩使第三折叠单元21回位；在第四折叠单元27无法自动回位时，也可以第三折叠单元21自动回位。

在本发明的其中一个实施例中，柔性旋转模组2还包括至少一组导向组件，导向组件用于辅助动力推板222沿丝杆223的伸缩方向运动，防止动力推板歪斜或者晃动等。其中，导向组件的数量可选为一个、两个、三个等，多个导向组件可以使动力推板222的运动更加稳定，防止动力推板222在运动过程中晃动。

具体而言，导向组件包括第一导向件和第二导向件，第一导向件设置在第一端板23上，第二导向件设置在动力推板222上，第一导向件和第二导向件具有形状相互匹配的配合部。例如，第一导向件上具有凸起部，第二导向件上具有凹槽部。如此，可以使动力推板222平稳地沿丝杆223的轴向方向运动，防止动力推板222歪斜、错位等等。

在其中一个实施例中，第一导向件为平行于丝杆223的杆，第二导向件为外套于杆的孔。例如，第一导向件为导向柱224，第二导向件为开设于动力推板222上的孔，导向柱224穿过动力推板222上的孔设置，防止动力推板222朝垂直于导向柱224长度方向的方向运动。导向柱224的两端分别固定于第一端板23和第二端板24，且导向柱224穿过动力推板222设置，使得动力推板222仅沿导向柱224的长度方向运动。在另一实施例中，第二导向件为平行于丝杆223的杆，第二导向件为外套于杆的孔。

在其中一个实施例中，第一导向件为平行于丝杆223的槽，第二导向件为内嵌于槽的凸耳。例如，第一端板23或者其他结构件沿丝杆223的轴向延伸形成有定位槽，动力推板上具有嵌设于定位槽的凸耳，也可以使动力推板222的运动方向始终平行于丝杆223的轴向。在另一个实施例中，第二导向件为平行于丝杆223的槽，第一导向件为内嵌于槽的凸耳。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图5及图8，丝杆223中空设置，一是可以使丝杆223的重量较轻，有助于实现柔性机械臂的轻量化，二是可以使流路可以从丝杆中间穿过，无需设置柔性旋转模组的2的外部，保持机械臂外表的整洁，对流路也能够起到一定的保护作用。

在本发明的其中一个实施例中，第三折叠单元21、第四折叠单元27的横截面呈圆形，也就是说，第三折叠单元21、第四折叠单元27包括一个环形侧壁，丝杆223、导向柱224等可设置于第三折叠单元21、第四折叠单元27的内部，使柔性旋转模组2的空间更加紧凑。

在本发明的另一个实施例中，请参阅图5及图8，第三折叠单元21、第四折叠单元27的横截面呈环形，也就是说，第三折叠单元21、第四折叠单元27包括内环壁和外环壁，内环壁和外环壁之间形成为空间为容纳流体的腔体。丝杆223、导向柱224等可设置于内环壁的内部，使柔性旋转模组2的空间更加紧凑。

在本发明的其中一个实施例中，末端执行机构3为柔性夹爪，请参阅图9，柔性夹爪包括夹爪座31、夹爪本体33以及第二折叠单元32，夹爪本体33的数量为多个，夹爪本体33与夹爪座31转动连接。第二折叠单元32的数量也为多个，且第二折叠单元32的数量与夹爪本体33的数量相同。每个第二折叠单元32对应驱动相应的夹爪本体33，使夹爪本体33相对夹爪座31转动。

具体而言，第二折叠单元32设置于夹爪座31和夹爪本体33之间。第二折叠单元32也由流体驱动变形，其工作原理与第一折叠单元131相同，此处不再赘述。第二折叠单元32的两端可分别固定在夹爪座31和夹爪本体33，与夹爪座31及夹爪本体33密封连接。在第二折叠单元32内的压力变大时，其体积变大，从而使各个夹爪本体33相互靠近，夹起物体；在第二折叠单元32内的压力变小时，其体积减小，从而使各个夹爪本体33相互远离，放下物体。

本发明还提供一种机器人，包括上述任一实施例中的柔性机械臂，还可包括柔性伸缩模组等机构。

本发明提供的机器人，其柔性机械臂包括相互连接的柔性弯曲模组1和末端执行机构3，柔性弯曲模组1包括至少由两个第一折叠单元131成的折叠单元组13，折叠单元组13的两端分别由第一刚性件11和第二刚性件12支撑，当各个第一折叠单元131内的压力不一致时，则可以使柔性弯曲模组1弯曲。第一刚性件11和第二刚性件12之间还设置有支撑结构14，支撑结构14上具有铰链141，支撑结构14一是可以使该机械臂的弯曲动作更加稳定，二是可以提高该机械臂的侧向刚度，从而可以提高柔性机械臂的载荷体积比、载荷自重比、防止折叠单元组13坍塌等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种柔性机械臂，其特征在于：包括相互连接的柔性弯曲模组和末端执行机构，所述柔性弯曲模组包括第一刚性件、第二刚性件、设于所述第一刚性件和所述第二刚性件之间的折叠单元组、以及连接所述第一刚性件和所述第二刚性件的支撑结构，所述折叠单元组包括至少两个由流体驱动变形的第一折叠单元，所述折叠单元组的其中一端紧固于所述第一刚性件，所述折叠单元组的另一端紧固于所述第二刚性件，所述支撑结构的其中一端紧固于所述第一刚性件，所述支撑结构的另一端紧固于所述第二刚性件，所述支撑结构上设有铰链。

2.如权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于：所述折叠单元组在无驱动状态下在平行所述折叠单元端面的平面内的投影面积为S1，所述第一刚性件和所述第二刚性件在平行所述折叠单元端面的平面内投影的最小外接圆面积中较小的一个为S2，S1:S2>1:5。

3.如权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于：所述第一刚性件和所述第二刚性件在平行状态下的最大距离为d，所述第一刚性件和所述第二刚性件在平行所述折叠单元端面的平面内投影的最小外接圆中较小的一个直径为D，d：D＜2:1。

4.如权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于：所述第一刚性件和所述第二刚性件在垂直所述折叠单元端面的方向的尺寸为h，所述第一刚性件和所述第二刚性件的在平行所述折叠单元端面的平面内投影的最小外接圆中较小的一个直径为D，h:D＜1:2。

5.如权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于：所述铰链为阻尼铰链，且所述阻尼铰链的阻尼可调节。

6.如权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于：所述末端执行机构包括夹爪座、多个夹爪本体以及多个由流体驱动变形的第二折叠单元，所述夹爪本体转动连接于所述夹爪座，所述第二折叠单元设置于所述夹爪座和所述夹爪本体之间。

7.如权利要求1-6任一项所述的柔性机械臂，其特征在于：所述柔性机械臂还包括柔性旋转模组，所述柔性旋转模组的固定端与所述柔性弯曲模组连接，所述柔性旋转模组的旋转端与所述末端执行机构连接。

8.如权利要求7所述的柔性机械臂，其特征在于：所述柔性旋转模组包括由流体驱动伸缩的第三折叠单元、由所述第三折叠单元驱动平移的动力推板、螺母、与所述螺母螺纹连接的丝杆、第一端板以及第二端板，所述螺母固定于所述动力推板，所述第三折叠单元的两端分别固定于所述第一端板和所述动力推板，所述丝杆的两端分别支撑于所述第一端板和所述第二端板。

9.如权利要求8所述的柔性机械臂，其特征在于：所述柔性旋转模组还包括助力件，所述助力件的两端分别连接于所述第二端板和所述动力推板。

10.如权利要求9所述的柔性机械臂，其特征在于：所述助力件为弹性件。

11.如权利要求9所述的柔性机械臂，其特征在于：所述助力件为由流体驱动伸缩的第四折叠单元，所述第四折叠单元的两端分别固定于所述第二端板和所述动力推板。

12.如权利要求8所述的柔性机械臂，其特征在于：所述柔性旋转模组还包括至少一组导向组件，所述导向组件包括第一导向件和第二导向件，所述第一导向件设于所述第一端板上，所述第二导向件设于所述动力推板上，所述第一导向件和所述第二导向件具有形状相互匹配的配合部，使所述动力推板相对所述第一端板在平行所述丝杆的轴向方向移动。

13.如权利要求12所述的柔性机械臂，其特征在于：所述第一导向件和所述第二导向件之一为平行所述丝杆的杆，另一为外套于所述杆的孔；或者，所述第一导向件和所述第二导向件之一为平行所述丝杆的槽，另一为内嵌于所述槽的凸耳。

14.如权利要求12所述的柔性机械臂，其特征在于：所述丝杆呈中空设置。

15.一种机器人，其特征在于：包括权利要求1-14任一项所述的柔性机械臂。

Images