CN116922446B - 一种自生长可移动柔性机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自生长可移动柔性机械臂，包括卷曲装置、主拉绳、弹性件、固定座、两组卷曲电机、两组调节拉绳以及依次相连的主气囊、前气足和后气足。前气足和后气足均包括膨胀气囊；卷曲装置安装于后气足；主拉绳贯穿主气囊，且其两端分别连接前气足和卷曲装置；主气囊上套设两个弹性件，弹性件上沿自身长度方向设有导向孔；两组调节拉绳分别穿过两个弹性件上的导向孔；每组调节拉绳的数量为至少三个，调节拉绳和卷曲电机的数量一一对应设置，一组调节拉绳的两端分别连接前气足和一组卷曲电机；另一组调节拉绳的两端分别连接后气足和另一组卷曲电机。本机械臂的活动自由度高、灵活性强，可实现大范围弯曲与伸缩，在复杂狭长的环境中移动。

Description

一种自生长可移动柔性机械臂

技术领域

本发明涉及工程探测技术领域，尤其涉及一种自生长可移动柔性机械臂。

背景技术

随着机械臂技术不断发展，机械臂广泛地应用在管道、阀门、罐型容器、废墟、设备间隙、考古环境等复杂且狭长空间中进行探测工作。目前机械臂大多是刚性机械臂，由于其相对庞大的机械本体，较低的自由度，限制了其进入阀门或罐型容器等复杂空间中进行探测。长臂机械臂则具有较大的近点盲区，灵活性较低，环境适应性较差。而柔性机械臂依靠其连续性、高柔顺性、高自由度的特性，具有较强的环境适应能力，可实现对复杂空间的探测。因此，如何研制灵活性更强、柔顺性更高、活动自由度更高、环境适应性更强的柔性机械臂是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种活动自由度高、灵活性强的自生长可移动柔性机械臂。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种自生长可移动柔性机械臂，包括：

主气囊；

前气足和后气足，所述前气足和后气足均包括一个膨胀气囊，所述前气足和后气足分别安装于所述主气囊两端；

卷曲装置，所述卷曲装置安装于所述后气足；

主拉绳，所述主拉绳贯穿所述主气囊的两端设置，且所述主拉绳的一端连接所述前气足，另一端连接所述卷曲装置；

两个弹性件，两个所述弹性件分别套设于所述主气囊上，两个所述弹性件上沿长度方向分别设有多个导向孔；

调整装置，包括环状的固定座以及安装于所述固定座上的两组卷曲电机，所述固定座套设于所述主气囊外，且所述固定座位于两个所述弹性件之间；

两组调节拉绳，每组所述调节拉绳的数量为至少三个；

两组所述调节拉绳分别穿过两个所述弹性件上的所述导向孔，且两组所述调节拉绳分别绕所述弹性件的周向均匀布置；所述调节拉绳和卷曲电机的数量一一对应设置，一组所述调节拉绳的两端分别连接所述前气足和一组所述卷曲电机；另一组所述调节拉绳的两端分别连接所述后气足和另一组所述卷曲电机。

本发明的有益效果在于：本自生长可移动柔性机械臂的前气足和后气足可通过膨胀抵持于空间内壁从而固定自身的位置，主气囊充放气配合卷曲装置收卷主拉绳可使前气足和后气足相互靠近，前气足、后气足、主气囊、卷曲装置和主拉绳配合动作即可实现本自生长可移动柔性机械臂的前进或后退。进一步的，通过多个收卷电机控制多个调节拉绳的伸缩长度，即可牵制主气囊朝不同方向膨胀延伸，从而控制本自生长可移动柔性机械臂的移动方向。本自生长可移动柔性机械臂的伸缩度大、活动自由度高、灵活性强，控制难度小，可实现空间大范围弯曲与伸缩，在复杂狭长的环境中移动。

附图说明

图1为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂的结构示意图（膨胀气囊和环形气囊部分区域被剖切）；

图3为图2中A部分细节放大图；

图4为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂中主气囊的剖视图；

图5为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂中调整装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂的部分结构示意图；

图7为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂中卷曲装置的结构示意图；

图8为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂中卷曲装置的部分结构爆炸视图；

图9为本发明实施例一的自生长可移动柔性机械臂中膨胀骨架的结构示意图。

标号说明：

1、主气囊；11、支撑部；12、内翻部；

2、前气足；21、膨胀气囊；211、抵持部；212、延展部；

3、后气足；

4、卷曲装置；41、连接卡座；411、卡爪；412、气管接头；413、过线孔；42、装配卡座；421、卡口；43、驱动组件；431、驱动电机；432、齿轮组；433、卷绕辊；434、挡盘；44、挡板；441、约束口；

5、主拉绳；

6、弹性件；6a、第一弹性件；6b、第二弹性件；61、导向孔；

7、调整装置；71、固定座；72、卷曲电机；72a、第一卷曲电机；72b、第二卷曲电机；73、环形气囊；

8、调节拉绳；8a、第一调节拉绳；8b、第二调节拉绳；

9、膨胀骨架；91、基板；92、骨架杆；93、保持架；931、导向杆；932、伸缩杆。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图9，一种自生长可移动柔性机械臂，包括：

主气囊1；

前气足2和后气足3，所述前气足2和后气足3均包括一个膨胀气囊21，所述前气足2和后气足3分别安装于所述主气囊1两端；

卷曲装置4，所述卷曲装置4安装于所述后气足3；

主拉绳5，所述主拉绳5贯穿所述主气囊1的两端设置，且所述主拉绳5的一端连接所述前气足2，另一端连接所述卷曲装置4；

两个弹性件6，两个所述弹性件6分别套设于所述主气囊1上，两个所述弹性件6上沿长度方向分别设有多个导向孔61；

调整装置7，包括环状的固定座71以及安装于所述固定座71上的两组卷曲电机72，所述固定座71套设于所述主气囊1外，且所述固定座71位于两个所述弹性件6之间；

两组调节拉绳8，每组所述调节拉绳8的数量为至少三个；

两组所述调节拉绳8分别穿过两个所述弹性件6上的所述导向孔61，且两组所述调节拉绳8分别绕所述弹性件6的周向均匀布置；所述调节拉绳8和卷曲电机72的数量一一对应设置，一组所述调节拉绳8的两端分别连接所述前气足2和一组所述卷曲电机72；另一组所述调节拉绳8的两端分别连接所述后气足3和另一组所述卷曲电机72。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本自生长可移动柔性机械臂的前气足2和后气足3可通过膨胀抵持于空间内壁从而固定自身的位置，主气囊1充放气配合卷曲装置4收卷主拉绳5可使前气足2和后气足3相互靠近，前气足2、后气足3、主气囊1、卷曲装置4和主拉绳5配合动作即可实现本自生长可移动柔性机械臂的前进或后退。进一步的，通过多个收卷电机控制多个调节拉绳8的伸缩长度，即可牵制主气囊1朝不同方向膨胀延伸，从而控制本自生长可移动柔性机械臂的移动方向。本自生长可移动柔性机械臂的伸缩度大、活动自由度高、灵活性强，控制难度小，可实现空间大范围弯曲与伸缩，在复杂狭长的环境中移动。

进一步的，所述主气囊1包括支撑部11和内翻部12，所述内翻部12由所述支撑部11靠近所述前气足2的一端朝内翻折延伸形成。

由上述描述可知，主气囊1膨胀时，内翻部12将向外翻出形成外翻部从而延长主气囊1的长度；主气囊1收缩时，外翻部将向内翻折形成内翻部12从而缩小主气囊1的长度，从而收缩主气囊1，使主气囊1内的气压始终在预设范围内而具有一定强度，内翻部12收拢于外翻部内能够避免主气囊1松垮而容易与外物勾挂。

进一步的，所述卷曲装置4包括连接卡座41、装配卡座42和驱动组件43，所述驱动组件43安装于所述装配卡座42，所述驱动组件43驱动连接所述主拉绳5，所述连接卡座41套设于所述装配卡座42外，所述主气囊1一端的周壁夹持于所述连接卡座41和装配卡座42之间。

由上述描述可知，连接卡座41和装配卡座42配合能够封闭主气囊1的一端开口，此时装配卡座42伸入主气囊1中，以便于驱动组件43与主拉绳5驱动连接。

进一步的，所述驱动组件43包括驱动电机431、齿轮组432以及卷绕辊433，所述卷绕辊433可转动地安装于所述装配卡座42上，所述卷绕辊433与所述主拉绳5的一端相连，所述驱动电机431固定安装于所述装配卡座42并通过所述齿轮组432驱动连接所述卷绕辊433。

由上述描述可知，驱动组件43的结构简单，便于生产制造。

进一步的，所述卷绕辊433靠近所述齿轮组432的一端设有挡盘434。

由上述描述可知，挡盘434能够对主拉绳5进行限位，防止主拉绳5缠绕于齿轮组432导致本自生长可移动柔性机械臂失效。

进一步的，所述连接卡座41和装配卡座42上分别设有卡爪411以及与所述卡爪411配合的卡口421。

由上述描述可知，连接卡座41与装配卡座42的连接方式简单便捷，方便拆装，有利于减少组装时间，方便后期维护。

进一步的，所述膨胀气囊21中设有膨胀骨架9，所述膨胀骨架9包括基板91和多个骨架杆92，所述骨架杆92的一端与所述基板91转动连接，多个所述骨架杆92围绕所述基板91的周向均匀布置，多个所述骨架杆92连接于所述膨胀气囊21。

由上述描述可知，膨胀骨架9能够增大前气足2或后气足3膨胀后的结构强度，且骨架杆92的端部能够顶抵于空间内壁，使前气足2或后气足3能够更稳固地保持当前的位置不动摇。

进一步的，所述膨胀骨架9还包括保持架93，所述保持架93包括导向杆931以及两个伸缩杆932，所述导向杆931的一端与所述基板91铰接，两个所述伸缩杆932的一端通过所述导向杆931进行铰接，两个所述伸缩杆932相互远离的一端分别与相邻的两个所述骨架杆92铰接。

由上述描述可知，保持架93能够保证多个骨架杆92在膨胀张开或收缩运动过程中具有相同运动形态，从而使得膨胀骨架9能够向各个方向均匀扩张或收缩。

进一步的，所述膨胀气囊21中设有两个膨胀骨架9，两个所述膨胀骨架9相向设置。

由上述描述可知，两个相向设置的膨胀骨架9能够分别从两个方向顶抵于空间内壁中，从而令前气足2和后气足3能够更加稳定地保持当前位置。

进一步的，所述调整装置7外侧设有环形气囊73。

由上述描述可知，环形气囊73配合前气足2或后气足3能够分别固定主气囊1位于调整装置7与前气足2之间或者调整装置7与后气足3之间的部分区域的位置，从而方便调整装置7配合调节拉绳8驱使主气囊1的前半部分或后半部分朝不同方向弯曲。

请参照图1至图9，本发明的实施例一为：一种自生长可移动柔性机械臂，应用于管道、阀门、罐型容器、废墟、设备间隙、考古环境等狭长空间中进行探测工作。

所述自生长可移动柔性机械臂包括主气囊1、前气足2、后气足3、卷曲装置4、主拉绳5、弹性件6、调整装置7和调节拉绳8。主气囊1呈长条形，主气囊1的横截面呈圆形，在其它实施例中，主气囊1的横截面可设为多边形。前气足2和后气足3均包括一个膨胀气囊21，前气足2和后气足3分别安装于主气囊1两端。膨胀气囊21呈圆环状，包括抵持部211以及设于抵持部211内侧的延展部212，抵持部211与延展部212首尾相连。抵持部211包括两个相向设置的锥形片体，两个锥形片体的尺寸大小相同；抵持部211用于与狭长空间的内壁相接触。延展部212呈竹节管状，具有较好的伸缩及弯曲性能。卷曲装置4设于延展部212内侧。容易理解的，膨胀气囊21的形状便于生产制造，且膨胀气囊21的形状可使其在沿径向或轴向进行伸缩的运动过程更加稳定。前气足2和后气足3的形状和尺寸大小均相等，以使本自生长可移动柔性机械臂朝前运动及朝后运动时具有相同的运动姿态，有利于机械臂在狭长空间中往复活动，同时还能简化上位机的控制程序。卷曲装置4安装于后气足3；主拉绳5贯穿主气囊1的两端设置，且主拉绳5的一端连接前气足2，另一端连接卷曲装置4。弹性件6的数量为两个，包括第一弹性件6a和第二弹性件6b，两个弹性件6分别套设于所述主气囊1上，两个弹性件6上沿长度方向分别设有多个导向孔61。弹性件6用于加强本自生长可移动柔性机械臂的中部柔性臂的结构强度，并对前气足2和后气足3施加额外的力的作用，从而辅助前气足2和后气足3活动。调整装置7包括环状的固定座71以及安装于固定座71上的两组卷曲电机72，固定座71套设于所述主气囊1外，且固定座71位于两个弹性件6之间。两组卷曲电机72包括一组第一卷曲电机72a和一组第二卷曲电机72b。调节拉绳8设有两组，包括一组第一调节拉绳8a和一组第二调节拉绳8b，两组调节拉绳8的数量为至少三个。第一调节拉绳8a贯穿第一弹性件6a上的导向孔61，第二调节拉绳8b贯穿第二弹性件6b上的导向孔61，且两组调节拉绳8分别绕弹性件6的周向均匀布置。第一调节拉绳8a和第一卷曲电机72a的数量一一对应设置，第一调节拉绳8a的两端分别连接前气足2和第一卷曲电机72a；第二调节拉绳8b和第二卷曲电机72b的数量一一对应设置，第二调节拉绳8b的两端分别连接后气足3和第二卷曲电机72b。本实施例中，每组调节拉绳8的数量均为三个；卷曲电机72优选为额定电压12v，16rpm的N20减速电机。在其它实施例中，每组调节拉绳8的数量可设为四个、五个或更多个，且不同组调节拉绳8的数量不同也是可行的。

具体的，卷曲装置4或调整装置7分别通过有线或无线通讯方式与外部上位机电性连接。主气囊1以及设于前气足2和后气足3上的膨胀气囊21均通过气管与外部充放气设备相连通。作为一种优选的实施方式，本自生长可移动柔性机械臂上设有气泵以为主气囊1以及设于前气足2和后气足3上的膨胀气囊21充放气也是可行的。

如图5和图6所示，固定座71包括两个固定片、多个装配部和一个套管，固定片呈圆环状，两个固定片分别套设于套管两端，套管用于供主气囊1穿过。多个装配部的两端分别与两个固定片固定连接，多个装配部围绕固定片的周向均匀布置。装配部的数量与每组卷曲电机72的数量一一对应设置。本实施例中，装配部的数量为三个，每个装配部上分别可拆卸地安装有一个第一卷曲电机72a和一个第二卷曲电机72b。装配部的外侧面上设有与卷曲电机72的形状相适配的卡槽，两个固定片上分别开设有供调节拉绳8穿过的通孔。在其它实施例中，装配部的数量可设为一个、两个或更多个；每个装配部上可设有一个、三个或更多个卷曲电机72；装配部与卷曲电机72的连接方式可设为螺钉连接或卡扣连接。

优选的，如图1和2所示，调整装置7外侧设有环形气囊73。具体的，环形气囊73套设于固定座71上，环形气囊73设于两个固定片之间。环形气囊73能够膨胀以抵持于空间内壁从而配合前气足2或后气足3固定主气囊1位于调整装置7与前气足2之间或者调整装置7与后气足3之间的部分区域的位置，进而方便调整装置7配合调节拉绳8驱使主气囊1的前半部分或后半部分朝不同方向弯曲。

具体的，本自生长可移动柔性机械臂的工作方法简述如下：为主气囊1充气从而使主气囊1具有一定的结构强度，此时弹性件6保持放松状态，将本生长柔性机械臂放入工作空间中。当需要本自生长可移动柔性机械臂前进时，前气足2上的膨胀气囊21膨胀从而抵持于空间内壁进行固定，此时后气足3的膨胀气囊21不抵持于空间内壁；主气囊1放气，同时卷曲装置4收卷主拉绳5使得后气足3朝前气足2靠近，此时弹性件6受力压缩；后气足3上的膨胀气囊21膨胀从而抵持于空间内壁进行固定，同时前气足2上的膨胀气囊21放气收缩不再抵持于空间内壁；向主气囊1中充气，同时卷曲装置4向外放出主拉绳5，由于此时后气足3位置固定，主气囊1将向前膨胀延伸，前气足2将在主气囊1及弹性件6的弹力作用下向前移动；重复以上过程，即可使本自生长可移动柔性机械臂在狭长空间中前进。容易理解的，当需要本自生长可移动柔性机械臂后退时，后气足3上的膨胀气囊21膨胀从而抵持于空间内壁进行固定，此时前气足2的膨胀气囊21不抵持于空间内壁；主气囊1放气，同时卷曲装置4收卷主拉绳5使得前气足2朝后气足3靠近，此时弹性件6受力压缩；前气足2上的膨胀气囊21膨胀从而抵持于空间内壁进行固定，同时后气足3上的膨胀气囊21放气收缩不再抵持于空间内壁；向主气囊1中充气，同时卷曲装置4向外放出主拉绳5，由于此时前气足2位置固定，主气囊1将向后膨胀延伸，后气足3将在主气囊1及弹性件6的弹力作用下向后移动；重复以上过程，即可使本自生长可移动柔性机械臂在狭长空间中后退。

当需要本自生长可移动柔性机械臂在前进过程中进行转弯时，前气足2的膨胀气囊21不抵持于空间内壁，后气足3和环形气囊73膨胀以抵持于空间内壁，通过上位机控制多个第一卷曲电机72a对连接前气足2的多个第一调节拉绳8a进行收卷从而使多个第一调节拉绳8a具有不同的长度，由于多个第一调节拉绳8a穿过第一弹性件6a上的导向孔61，当不同第一调节拉绳8a的长度大小不同时，第一弹性件6a将朝长度较小的第一调节拉绳8a所在的一侧弯曲。第一弹性件6a可对主气囊1进行约束，此时向主气囊1中充气，即可使主气囊1沿着第一弹性件6a膨胀延伸，从而使自生长可移动柔性机械臂在前进过程中转弯。容易理解的，当需要本自生长可移动柔性机械臂在后退过程中进行转弯时，后气足3的膨胀气囊21不抵持于空间内壁，前气足2和环形气囊73膨胀以抵持于空间内壁，通过上位机控制多个第二卷曲电机72b对连接后气足3的多个第二调节拉绳8b进行收卷从而使多个第二调节拉绳8b具有不同的长度，由于多个第二调节拉绳8b穿过第二弹性件6b上的导向孔61，当不同第二调节拉绳8b的长度大小不同时，第二弹性件6b将朝长度较小的第二调节拉绳8b所在的一侧弯曲。第二弹性件6b可对主气囊1进行约束，此时向主气囊1中充气，即可使主气囊1沿着第二弹性件6b膨胀延伸，从而使自生长可移动柔性机械臂在后退过程中转弯。

本实施例中，如图1至图3所示，弹性件6优选为波形弹簧，弹性件6由橡胶热塑性聚氨酯弹性体橡胶材料（TPU）制成，弹性件6的成型方式优选为3D打印成型。在其它实施例中，弹性件6可设为螺旋弹簧或万向竹节管，弹性件6可设为其它具有足够弹性的橡胶、塑料或金属材质。当弹性件6设为竹节管时，弹性件6不易与外物勾挂，利于减少本自生长可移动柔性机械臂在移动过程中受到的阻碍。

如图4所示，主气囊1包括支撑部11和内翻部12，本实施例中，内翻部12由支撑部11靠近前气足2的一端朝内翻折延伸形成。主拉绳5贯穿内翻部12和支撑部11设置，主气囊1的内翻部12的一端与主拉绳5连接。当主气囊1充气膨胀时，内翻部12的部分区域将在气压的作用下朝外翻出形成支撑部11，从而令主气囊1的长度得到延伸；当主气囊1放气收缩时，卷曲装置4收卷主拉绳5，可拉动支撑部11的部分区域朝内翻折形成内翻部12，令主气囊1的长度得到收缩，从而使主气囊1内的气压始终在预设范围内，令主气囊1保持一定的强度，避免主气囊1松垮而容易与外物勾挂。在其它实施例中，内翻部12设为由支撑部11靠近后气足3的一端朝内翻折延伸形成也是可行的。

如图7和图8所示，卷曲装置4包括连接卡座41、装配卡座42和驱动组件43，驱动组件43安装于装配卡座42，驱动组件43驱动连接主拉绳5，连接卡座41套设于装配卡座42外，主气囊1一端的周壁夹持于连接卡座41和装配卡座42之间。具体的，装配卡座42包括顶板以及由顶板向一侧弯折延伸形成的第一周壁，顶板呈圆形，第一周壁呈圆筒状。连接卡座41包括底盘以及由底盘向一侧弯折延伸形成的第二周壁，底盘呈圆形，第二周壁呈圆筒状。装配卡座42和连接卡座41同轴设置，第二周壁的内径大于第一周壁的外径，以使得连接卡座41可套设于装配卡座42外。装配卡座42和底盘之间形成用于容纳驱动组件43至少部分区域的容纳腔。第一周壁的外周面以及第二周壁的内周面设为形状相适配的圆锥面，以便于连接卡座41和装配卡座42配合从而夹持主气囊1的一端。为了增大连接卡座41的第二周壁的弹性从而使连接卡座41与装配卡座42能够反复插接配合，连接卡座41的第二周壁上开设有多个窗口，多个窗口绕第二周壁的周向均匀布置。容易理解的，连接卡座41和装配卡座42配合能够封闭主气囊1的一端开口，此时装配卡座42伸入主气囊1中，以便于驱动组件43与位于主气囊1内侧的主拉绳5驱动连接。连接卡座41的底盘远离装配卡座42的一面设有凸出的气管接头412，气管接头412上设有与容纳腔连通的气孔，装配卡座42的顶板上设有连通容纳腔以及主气囊1的内腔的通气口。气管接头412的外周面上设有管螺纹以便于与外部气管相连通。进一步的，连接卡座41的底盘远离装配卡座42的一面上还设有过线孔413，过线孔413用于引出各种电机的驱动线和信号线。

可选的，连接卡座41和装配卡座42上分别设有卡爪411以及与卡爪411配合的卡口421。具体的，如图7和图8所示，卡爪411包括连接部和勾挂部，连接部的一端连接底盘，另一端超外侧弯折延伸形成勾挂部，勾挂部远离底盘的一端倒斜角设置，以便于卡爪411插入装配卡座42的第一周壁内侧。本实施例中，连接卡座41的第二周壁内侧设有八个卡爪411，八个卡爪411均分为四组，四组卡爪411绕连接卡座41的轴向均匀布置。装配卡座42的第一周壁上对应地设有卡口421，每组卡爪411均可伸入第一周壁内侧与卡口421勾挂。每组卡爪411对应地设有一个卡口421。在其它的实施例中，卡爪411的数量可设为两个、三个或更多个；卡口421的数量可设为两个、三个或更多个；每个卡口421分别与一个、三个或更多个卡爪411进行勾挂也是可行的。作为一种优选的实施方式，卡口421的内侧边缘倒斜角设置，当需要令装配卡座42与连接卡座41相分离时，令装配卡座42绕自身轴向相对于连接卡座41转动，使卡爪411的勾挂部抵触于卡口421边缘的倒角，从而对卡爪411的勾挂部施加朝向内侧的压力，随后连接部设有勾挂部的一端朝内侧弯曲，进而令勾挂部得以退出卡口421，此时令装配卡座42连接卡座41沿着自身轴向相互远离移动，即可使装配卡座42与连接卡座41相分离，暴露出主气囊1的一端开口。在其它实施例中，卡爪411设于装配卡座42，卡口421设于连接卡座41也是可行的。

优选的，如图7和图8所示，驱动组件43包括驱动电机431、齿轮组432以及卷绕辊433，卷绕辊433可转动地安装于装配卡座42上，卷绕辊433与主拉绳5的一端相连，驱动电机431固定安装于装配卡座42并通过齿轮组432驱动连接卷绕辊433。具体的，装配卡座42的顶板靠近连接卡座41的一面设有环形定位凸台，定位凸台设于第一周壁内侧，通气口设于定位凸台与第一周壁之间。定位凸台与驱动电机431的形状相适配，顶板位于定位凸台内侧的部分区域开设有供驱动电机431的输出轴穿过的通孔。装配卡座42的顶板远离连接卡座41的一面固定安装有两个支架，卷绕辊433的两端分别与两个支架远离装配卡座42的一端转动连接，卷绕辊433的轴向垂直于装配卡座42的轴向设置。齿轮组432包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一直齿轮和第二直齿轮，第一锥齿轮与驱动电机431的输出轴同轴且固定连接，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，第二锥齿轮与第一直齿轮同轴且固定连接，第一直齿轮转动连接于一个支架上，第二直齿轮与卷绕辊433的一端同轴且固定连接，第二直齿轮与第一直齿轮啮合。本实施例中，驱动电机431优选为至少具有1:1000的减速比，扭矩在25kgm以上的无刷减速电机。

优选的，如图7和图8所示，卷绕辊433靠近齿轮组432的一端设有挡盘434。具体的，挡盘434呈圆形，挡盘434与卷绕辊433同轴且固定连接，挡盘434靠近卷绕辊433上设有第二直齿轮的一端设置，主拉绳5与卷绕辊433的连接处位于挡盘434远离第二直齿轮的一侧。容易理解的，挡盘434能够对主拉绳5卷进行限位，防止主拉绳5缠绕于齿轮组432导致本自生长可移动柔性机械臂失效。作为一种优选的实施方式，卷曲装置4还包括挡板44，挡板44的一侧设有两个支脚，两个支脚分别与两个支架远离装配卡座42的一端固定连接。挡板44上开设有供主拉绳5穿过的约束口441，约束口441呈圆形，约束口441的圆心靠近挡板44远离齿轮组432的第二直齿轮一侧设置。容易理解的，挡板44上的约束口441能够进一步的对主拉绳5卷进行限位，防止主拉绳5缠绕于齿轮组432。

优选的，如图9所示，膨胀气囊21中设有膨胀骨架9，膨胀骨架9包括一个基板91和多个骨架杆92，骨架杆92的一端与基板91转动连接，多个骨架杆92围绕基板91的周向均匀布置，多个骨架杆92连接于膨胀气囊21。具体的，基板91呈环状，基板91套设于膨胀气囊21的延展部212外。本实施例中，每个基板91上对应地设有六个骨架杆92，六个骨架杆92的一端分别转动连接于基板91的外周边缘，六个骨架杆92的轴向朝基板91的一侧倾斜设置。六个骨架杆92均与膨胀气囊21的抵持部211的一个锥形片体的内周面胶粘连接。容易理解的，多个骨架杆92将跟随膨胀气囊21的膨胀和收缩过程而相对于基板91进行转动。膨胀骨架9能够增大前气足2或后气足3膨胀后的结构强度，膨胀气囊21膨胀后抵持于空间内壁时，多个骨架杆92远离基板91的一端可顶抵于空间内壁上凹陷的坑位、凸出的块状体或台阶处，从而令膨胀气囊21能够更稳固地保持当前的位置不动摇。在其它实施例中，膨胀骨架9的数量可设为两个、三个或更多个。作为一种优选的实施方式，膨胀气囊21中还可设有旋转驱动件，旋转驱动件用于驱使骨架杆92相对于基板91转动。容易理解的，多个骨架杆92在旋转驱动件的驱使下能够更快的相对于基板91转动以使膨胀骨架9膨胀或收缩，且旋转驱动件还能够更稳固地令骨架杆92与基板91保持当前的相对角度关系，从而令骨架杆92能够更坚定地顶抵于空间内壁中。

优选的，如图9所示，膨胀气囊21中设有两个膨胀骨架9，两个膨胀骨架9相向设置。具体的，两个膨胀骨架9的形状大小均一致。具体的，两个膨胀骨架9的基板91分别套设于膨胀气囊21的延展部212的两端，两个膨胀骨架9上的多个骨架杆92分别与膨胀气囊21的抵持部211的两个锥形片体固定连接，两个膨胀骨架9上的多个骨架杆92交错设置。容易理解的，设置两个膨胀骨架9能够令膨胀气囊21两端均具有较好的结构强度，即便膨胀气囊21表皮出现破损，也能够通过膨胀骨架9抵持于空间内壁，令本自生长可移动柔性机械臂能够继续移动。且设置两个膨胀骨架9可使得膨胀气囊21在装配过程中无需辨认两端的朝向。两个相向设置的膨胀骨架9能够分别从两个方向顶抵于空间内壁中，从而令前气足2和后气足3能够更加稳定地保持当前位置。

优选的，如图9所示，膨胀骨架9还包括保持架93，保持架93包括导向杆931以及两个伸缩杆932，导向杆931的一端与基板91铰接，两个伸缩杆932的一端通过导向杆931进行铰接，两个伸缩杆932相互远离的一端分别与相邻的两个骨架杆92铰接。具体的，保持架93和骨架杆92的数量一一对应设置，多个保持架93与多个骨架杆92交错设置，导向杆931与骨架杆92的轴向均朝基板91的一侧倾斜。多个导向杆931的端部转动连接于基板91的外周边缘，多个导向杆931绕基板91的周向均匀布置。两个伸缩杆932的形状大小一致。伸缩杆932包括内杆以及套设于内杆上的外套杆，内杆外露于外套杆的一端设有第一铰接部，外套杆远离内杆的一端设有第二铰接部。第一铰接部呈凸字形，第二铰接部呈凹字形，第一铰接部伸入第二铰接部内侧，且第一铰接部和第二铰接部上分别设有通孔，导向杆931贯穿一个伸缩杆932的第一铰接部和另一个伸缩杆932的第二铰接部设置，一个伸缩杆932的第二铰接部和另一伸缩杆932的第二铰接部则分别与相邻的两个骨架杆92铰接，且骨架杆92贯穿一个保持架93的一个第一铰接部和相邻的另一保持架93的一个第二交接部设置。容易理解的，保持架93能够保证多个骨架杆92在膨胀张开或收缩运动过程中具有相同运动形态，从而使得膨胀骨架9能够均匀扩张或收缩。

综上所述，本发明提供的自生长可移动柔性机械臂的前气足和后气足可通过膨胀抵持于空间内壁从而固定自身的位置，主气囊充放气配合卷曲装置收卷主拉绳可使前气足和后气足相互靠近，前气足、后气足、主气囊、卷曲装置和主拉绳配合动作即可实现本自生长可移动柔性机械臂的前进或后退。进一步的，通过多个收卷电机控制多个调节拉绳的伸缩长度，即可牵制主气囊朝不同方向膨胀延伸，从而控制本自生长可移动柔性机械臂的移动方向。本自生长可移动柔性机械臂的伸缩度大、活动自由度高、灵活性强，控制难度小，可实现空间大范围弯曲与伸缩，在复杂狭长的环境中移动。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种自生长可移动柔性机械臂，其特征在于，包括：

主气囊，

前气足和后气足，所述前气足和后气足均包括一个膨胀气囊，所述前气足和后气足分别安装于所述主气囊两端；

卷曲装置，所述卷曲装置安装于所述后气足；

主拉绳，所述主拉绳贯穿所述主气囊的两端设置，且所述主拉绳的一端连接所述前气足，另一端连接所述卷曲装置；

两个弹性件，两个所述弹性件分别套设于所述主气囊上，两个所述弹性件上沿长度方向分别设有多个导向孔；

调整装置，包括环状的固定座以及安装于所述固定座上的两组卷曲电机，所述固定座套设于所述主气囊外，且所述固定座位于两个所述弹性件之间；

两组调节拉绳，每组所述调节拉绳的数量为至少三个；

两组所述调节拉绳分别穿过两个所述弹性件上的所述导向孔，且两组所述调节拉绳分别绕所述弹性件的周向均匀布置；所述调节拉绳和卷曲电机的数量一一对应设置，一组所述调节拉绳的两端分别连接所述前气足和一组所述卷曲电机；另一组所述调节拉绳的两端分别连接所述后气足和另一组所述卷曲电机。

2.根据权利要求1所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述主气囊包括支撑部和内翻部，所述内翻部由所述支撑部靠近所述前气足的一端朝内翻折延伸形成。

3.根据权利要求1所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述卷曲装置包括连接卡座、装配卡座和驱动组件，所述驱动组件安装于所述装配卡座，所述驱动组件驱动连接所述主拉绳，所述连接卡座套设于所述装配卡座外，所述主气囊一端的周壁夹持于所述连接卡座和装配卡座之间。

4.根据权利要求3所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述驱动组件包括驱动电机、齿轮组以及卷绕辊，所述卷绕辊可转动地安装于所述装配卡座上，所述卷绕辊与所述主拉绳的一端相连，所述驱动电机固定安装于所述装配卡座并通过所述齿轮组驱动连接所述卷绕辊。

5.根据权利要求4所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述卷绕辊靠近所述齿轮组的一端设有挡盘。

6.根据权利要求3所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述连接卡座和装配卡座上分别设有卡爪以及与所述卡爪配合的卡口。

7.根据权利要求1所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述膨胀气囊中设有膨胀骨架，所述膨胀骨架包括基板和多个骨架杆，所述骨架杆的一端与所述基板转动连接，多个所述骨架杆围绕所述基板的周向均匀布置，多个所述骨架杆连接于所述膨胀气囊。

8.根据权利要求7所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述膨胀骨架还包括保持架，所述保持架包括导向杆以及两个伸缩杆，所述导向杆的一端与所述基板铰接，两个所述伸缩杆的一端通过所述导向杆进行铰接，两个所述伸缩杆相互远离的一端分别与相邻的两个所述骨架杆铰接。

9.根据权利要求7所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述膨胀气囊中设有两个膨胀骨架，两个所述膨胀骨架相向设置。

10.根据权利要求1所述的自生长可移动柔性机械臂，其特征在于：所述调整装置外侧设有环形气囊。