CN207953859U - 一种变刚度柔性机械臂 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种变刚度柔性机械臂,包括机械臂上端盖、机械臂主体、机械臂下端盖和四根硅胶管;机械臂主体与机械臂上端盖和下端盖共同组成一个圆柱体结构,形成变刚度柔性机械臂;机械臂上端盖有四个通孔,通过四根硅胶管分别与机械臂主体的三个弯曲气室和一个变刚度气室连接,变刚度气室在机械臂主体的正中间,三个弯曲气室沿着变刚度气室的圆周方向均匀分布,三个弯曲气室中仅有空气,变刚度气室中充满颗粒状填充物;机械臂下端盖是一个圆柱体结构,用于密封机械臂主体的四个气室。本实用新型全部采用柔性材料制作,利用气动实现机械臂的弯曲,颗粒抽真空改变机械臂的刚度,可用于手术中使用的机械臂,不会对人体造成伤害,应用前景广阔。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于医学领域的机械臂,特别变刚度柔性机械臂。
背景技术
传统的医用机械臂采用金属或者塑料制作,手术中误操作会对人体造成伤害,而柔性机械臂由于自身固有的柔顺性,与人碰撞后发生变形,不会对人体器官造成伤害。
针对以上情况,有必要研究一种新型的变刚度柔性机械臂来解决这些问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种变刚度柔性机械臂。
本实用新型包括机械臂上端盖、机械臂主体、机械臂下端盖和四根硅胶管;机械臂主体与机械臂上端盖和下端盖共同组成一个圆柱体结构,形成变刚度柔性机械臂;机械臂上端盖有四个通孔,通过四根硅胶管分别与机械臂主体的三个弯曲气室和一个变刚度气室连接,变刚度气室在机械臂主体的正中间,三个弯曲气室沿着变刚度气室的圆周方向均匀分布,三个弯曲气室中仅有空气,变刚度气室中充满颗粒状填充物;机械臂下端盖是一个圆柱体结构,用于密封机械臂主体的四个气室。
所述三个弯曲气室沿着机械臂的圆周方向均匀分布,向其中一个气室充入高压气体后,气室膨胀,由于气室向内侧膨胀的阻力大于外侧阻力,机械臂沿着该气室的相反方向弯曲。控制三个气室的气压,可以使机械臂朝各个方向弯曲。
所述变刚度气室中充满细沙子,对该气室抽真空后,机械臂变硬,且机械臂的刚度随着真空度的增加而增加。
所述变刚度柔性机械臂是一个独立的机械臂模块,多个机械臂模块串联组合可以增大机械臂的工作空间,且运动更加灵活。
本实用新型全部采用柔性材料制作,利用气动实现机械臂的弯曲,颗粒抽真空改变机械臂的刚度,可用于手术中使用的机械臂,不会对人体造成伤害,本实用新型相对传统的金属或塑料制作的机械臂,在柔顺性、灵活性、环境适应性方面有了较大进步,应用前景广阔。
附图说明
图1是变刚度柔性机械臂的三维结构图;
图2是变刚度柔性机械臂去除上端盖后的三维结构图;
图3是变刚度柔性机械臂的弯曲示意图;
图4是变刚度柔性机械臂去上端盖后的弯曲示意图。
图中1为上端盖、2为机械臂壳体、3为下端盖、4为A弯曲气室、5为B弯曲气室、6为C弯曲气室、7为A变刚度气室、8为A硅胶管、9为B硅胶管、10为C硅胶管、11为D硅胶管。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。
如图1和图2所示,一种变刚度柔性机械臂,本实用新型包括机械臂上端盖1、机械臂主体2、机械臂下端盖3和四根硅胶管(8、9、10、11);机械臂主体2与机械臂上端盖1和下端盖3共同组成一个圆柱体结构,形成变刚度柔性机械臂;机械臂上端盖1有四个通孔,通过四根硅胶管(8、9、10、11)分别与机械臂主体2的三个弯曲气室(4、5、6)和一个变刚度气室7连接,变刚度气室7在机械臂主体2的正中间,三个弯曲气室(4、5、6)沿着变刚度气室7的圆周方向均匀分布,三个弯曲气室(4、5、6)中仅有空气,变刚度气室7中充满细小的沙子;机械臂下端盖3是一个圆柱体结构,用于密封机械臂主体2的四个气室。
所述三个弯曲气室沿着机械臂的圆周方向均匀分布,如图3和 图4所示,向B弯曲气室5充入高压气体后,气室膨胀,由于气室向内侧膨胀的阻力大于外侧阻力,机械臂沿着该气室的相反方向弯曲。控制三个气室的气压,可以使机械臂朝各个方向弯曲。
所述变刚度气室7中充满细沙子,对该气室抽真空后,机械臂变硬,且机械臂的刚度随着真空度的增加而增加。
所述变刚度柔性机械臂是一个独立的机械臂模块,多个机械臂模块组合可以增大机械臂的工作空间,且运动更加灵活。
工作原理如下:
没有气体驱动的情况下,柔性机械臂如图1和图2所示,当通过B硅胶管9向B弯曲气室5通入高压气体后,B弯曲气室5开始膨胀,随着气压不断增大,柔性机械臂的弯曲角度也随着增大,如图3和图4所示。分别控制3个弯曲气室的压力,就可以使柔性机械臂朝各个方向弯曲。当通过D硅胶管11向变刚度气室7充入负压后,沙子之间的间隙减小,变刚度气室7的硬度增加,且真空度越大,该气室的硬度越大。
Claims (4)
1.一种变刚度柔性机械臂,其特征在于:包括机械臂上端盖、机械臂主体、机械臂下端盖和四根硅胶管;机械臂主体与机械臂上端盖和下端盖共同组成一个圆柱体结构,形成变刚度柔性机械臂;机械臂上端盖有四个通孔,通过四根硅胶管分别与机械臂主体的三个弯曲气室和一个变刚度气室连接,变刚度气室在机械臂主体的正中间,三个弯曲气室沿着变刚度气室的圆周方向均匀分布,三个弯曲气室中仅有空气,变刚度气室中充满颗粒状填充物;机械臂下端盖是一个圆柱体结构,用于密封机械臂主体的四个气室。
2.根据权利要求1所述的一种变刚度柔性机械臂,其特征在于:所述的颗粒状填充物为细小的沙子。
3.根据权利要求2所述的一种变刚度柔性机械臂,其特征在于:所述通过改变变刚度气室的真空度控制机械臂的刚度。
4.根据权利要求1所述的一种变刚度柔性机械臂,其特征在于:多个变刚度柔性机械臂通过串联组合,实现较大的工作空间。
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