仿生机械臂的制作方法

本实用新型涉及自动控制设备技术领域，具体涉及一种仿生机械臂。

背景技术：

仿生机械是模仿生物的形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械结构；是由生物学、生物力学、医学、机械工程、控制论和电子技术等学科相互渗透、结合而形成的一个技术领域。目前，主要的应用领域有生物力学、控制体和机器人等。

目前，国内研究的机械臂大多采用离散型结构。该类机器人的机械臂由离散的单自由关节度关节和刚性连杆构成，机器人运动仅在各单自由关节度关节处产生，刚性连杆用于保持各自由单关节度关节的驱动控制来实现机器人的末端执行器位姿的变化。传统的机械臂在灵活度方面的缺陷较为明显，在类似于定点救援、油管勘测等方面应用较少。并且，现有的机械臂，其结构通常较为复杂，成本也较高。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种仿生机械臂，以解决现有技术中机械臂结构复杂、灵活度低的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

根据本实用新型实施例的第一方面，一种仿生机械臂，包括至少一组机械关节组件；所述机械关节组件包括至少三个子关节和至少三套通气单元；所述通气单元包括气压调节子单元、柔性通气管和第一弹力伸缩件；

多个所述子关节层叠布置，且任意相邻两个所述子关节之间具有间隔；任一所述柔性通气管的第一端部与所述气压调节子单元连接，任一所述柔性通气管的第二端部顺次穿过各所述子关节，且所述第二端部为闭合状态；所述至少三套通气单元围绕所述子关节的轴线分布，且所述柔性通气管与所述子关节固定连接，任意相邻两个所述子关节由所述第一弹力伸缩件连接。

进一步地，所述子关节为圆柱体结构，所述子关节的厚度与所述子关节的横截面的直径之比的范围为0.6-1.8。

进一步地，所述气压调节子单元包括微控件；所述柔性通气管的第一端部设置有第一可开闭阀门，所述柔性通气管的管壁上开设有排气口，所述排气口处设置有第二可开闭阀门，所述第一可开闭阀门与所述第二可开闭阀门分别与所述微控件电连接。

进一步地，所述柔性通气管上还设置有压力监测装置，所述压力监测装置与所述微控件电连接。

进一步地，所述第一弹力伸缩件套设于所述柔性通气管外侧。

进一步地，所述柔性通气管套设于所述第一弹力伸缩件外侧。

进一步地，所述仿生机械臂还包括管线管道，所述管线管道顺次穿过各所述子关节。

本实用新型实施例具有如下优点：

机械关节组件采用多个子关节和多个通气单元的结构，各相邻子关节之间通过第一弹力伸缩件连接的方式，通过使一侧的柔性通气管内的气体压力小于相对侧柔性通气管内的气体压力，以使得仿生机械臂朝向气体压力小的柔性通气管所在侧弯曲，进而调控仿生机械臂的运动或弯曲方向，其结构简单，灵活度更高。各子关节的厚度与子关节横截面的直径之比保持在合适的范围，能够增强仿生机械臂运动或弯曲活动的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例的一种仿生机械臂的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种仿生机械臂的第六子关节的俯视图。

图中，1-第一子关节，2-第二子关节，3-第三子关节，4-第四子关节，5-第五子关节，6-第六子关节，7-柔性通气管，8-管线管道，9-通气孔，10-管线孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1所示，本实用新型实施例提供一种仿生机械臂，包括至少一组机械关节组件；机械关节组件包括至少三个子关节和至少三套通气单元；通气单元包括气压调节子单元、柔性通气管7和第一弹力伸缩件；多个子关节层叠布置，且任意相邻两个子关节之间具有间隔；任一柔性通气管7的第一端部与气压调节子单元连接，任一柔性通气管7的第二端部顺次穿过各子关节，且第二端部为闭合状态；至少三套通气单元围绕子关节的轴线分布，且柔性通气管7与子关节固定连接，任意相邻两个子关节由弹力伸缩件连接。

仿生机械臂包括至少一组机械关节组件；当有两组或两组以上的机械关节组件时，多组机械关节组件收尾顺次相接。采用多组机械关节组件时，能够有效增加仿生机械臂的长度以及弯曲灵活度。

以下以一组机械关节组件的结构为例进行说明。机械关节组件包括至少三个子关节；通常情况下，机械关节组件设置有六个子关节。以下以六个子关节的结构为例进行说明。

参见图1所示，由下至上分别为第一子关节1、第二子关节2、第三子关节3、第四子关节4、第五子关节5和第六子关节6，各子关节的结构相同。子关节通常设置为扁平状的圆柱体结构；其材质可不作具体要求，通常情况下可采用钢质材料。当仿生机械臂没有发生弯曲时，六个子关节采用层叠的方式排布，且六个子关节的轴线相互重合，任意相邻两个子关节之间具有一定的间隔。

通气单元至少有三个，以下以三个通气单元的结构为例进行说明。参见图2所示，对于任一个子关节，上面开设有三个通气孔9；通气孔9沿子关节的轴线方向贯通子关节，通气孔9的轴线与子关节的轴线平行。三个通气孔9围绕子关节的轴线分布，优选三个通气孔9围绕子关节的轴线均匀分布。具体地，柔性通气管7的材质可不作具体限定，只要能够发生弯曲或形变即可。例如，其可采用橡皮管。

对于任一柔性通气管7，柔性通气管7的第二端部由各子关节中的通气孔9中穿过，其顺次穿过第一子关节1、第二子关节2、第三子关节3、第四子关节4、第五子关节5和第六子关节6，使六个子关节均套设在柔性通气管7外侧，且六个子关节沿柔性通气管7的轴线方向依次排布。并且，任一柔性通气管7的第二端部呈闭合状态，其第一端部与气压调节子单元连接。气压调节子单元可包括充气结构，例如储气罐和气泵等，只要能够便于向柔性通气管7内充气即可。

对于每一个子关节，该子关节上均嵌设有三条柔性通气管7，每个通气孔9内有一条柔性通气管7穿过。并且，柔性通气管7与子关节固定连接，柔性通气管7由子关节相应的通气孔9内穿过，柔性通气管7的外侧壁与通气孔9的内侧壁接触，二者可采用粘性材料黏贴在一起，也可采用其他方式固定，只要使得柔性通气管7与子关节的位置相对固定即可。

并且，任意相邻两个子关节之间还设置有第一弹力伸缩件，第一弹力伸缩件的一端与相邻两个子关节中的其中一个子关节连接，第一弹力伸缩件的另一端与相邻两个子关节中的另一个子关节连接。当设置有三个通气单元时，相邻两个子关节之间设置有三个第一弹力伸缩件。采用多套通气单元，使得各子关节之间的相对位置关系能够发生变化，但不会完全散开。

在使用时，由气压调节子单元向柔性通气管7中充气，使得三条柔性通气管7中的气压大小不一样，从而使仿生机械臂朝向不同的方向运动或发生弯曲。例如，参见图1所示，当位于最左侧的柔性通气管7的气压大于其他两条柔性通气管7中的气压时，仿生机械臂会向右侧，或朝向另外两条柔性通气管7的方向弯曲。当需向相反的方向运动或弯曲时，可使得最左侧的柔性通气管7中的气压小于另外两条柔性通气管7中的气压。采用多各子关节的结构，并设置多套通气单元，其结构简单，能够有效增加仿生机械臂的运动或弯曲灵活度。

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种仿生机械臂，子关节为圆柱体结构，子关节的厚度与子关节的横截面的直径之比的范围为0.6-1.8。具体地，子关节的厚度为沿子关节轴向方向的厚度。使子关节的厚度与子关节的横截面的直径之比保持在该范围内，能够进一步增强仿生机械臂的运动或弯曲灵活度。

在上述各实施例的基础上，气压调节子单元包括微控件；柔性通气管7的第一端部设置有第一可开闭阀门，柔性通气管7的管壁上开设有排气口，排气口处设置有第二可开闭阀门，第一可开闭阀门与第二可开闭阀门分别与微控件电连接。

柔性通气管7的第一端部设置第一可开闭阀门；当需向柔性通气管7内充气时，可打开第一可开闭阀门；无需充气时，则关闭第一可开闭阀门。柔性通气管7的关闭上开设排气口；排气口的设置位置可不作具体限定，可以是在靠近第一端部的位置，也可是在靠近第二端部的位置，或者，靠近柔性通气管7的中部位置，或者，沿柔性通气管7的长度方向可设置多个排气口。在排气口处设置第二可开闭阀门。当向柔性通气管7内充气时，关闭第二开闭阀门；当需排气时，则打开第二可开闭阀门。

其中，第一可开闭阀门和第二可开闭阀门均可采用电磁阀等便于自动控制的阀门。并且，第一可开闭阀门和第二可开闭阀门分别与微控件电连接。微控件采用常规的控制器件即可，只要能够按照指定的指令接收和发送控制信息即可。采用上述结构，便于实现对第一可开闭阀门和第二可开闭阀门的自动、实时控制。

在上述各实施例的基础上，本实施例提供一种仿生机械臂，柔性通气管7上还设置有压力监测装置，压力监测装置与微控件电连接。具体地，根据压力监测装置监测得到的柔性通气管7内的气压大小，以及仿生机械臂的运动或弯曲方向的要求，可控制第一可开闭阀门或第二可开闭阀门的开合状态。

在上述各实施例的基础上，本实施例提供一种仿生机械臂，第一弹力伸缩件套设于柔性通气管7外侧。

在上述各实施例的基础上，本实施例提供一种仿生机械臂，柔性通气管7套设于第一弹力伸缩件外侧。

具体地，第一弹力伸缩件可套设于柔性通气管7外侧，或者，柔性通气管7套设于第一弹力伸缩件内侧，既能够确保相邻两个子关节之间的支撑作用，还能够起到柔性通气管7的保护作用。第一弹力伸缩件可以是弹簧或其他具有回弹作用的弹性件。第一弹力伸缩件与相应的子关节之间可采用螺接等方式固定连接。

在上述各实施例的基础上，本实施例提供一种仿生机械臂，仿生机械臂还包括管线管道8，管线管道8顺次穿过各子关节。子关节上开设有管线孔10，管线孔10沿子关节的轴线方向贯穿子关节。参见图2所示，管线孔10内可套设管线管道8，电线等线路由该管道中通过。其中，管线管道8可采用波纹管等可伸缩管道。仿生机械臂中所涉及的电线或其他线路结构可由该管线孔10中通过，便于线路的连接，也可增强线路的保护。

可以理解是，当采用两组或两组以上的机械关节组件时，以两组机械关节组件的结构为例进行说明。两组机械关节组件的柔性通气管不连通，每一组的柔性通气管与各自的气压调节子单元连通。第一组机械关节组件的第六子关节与第二机械关节组件的第一子关节可采用连杆固定连接。

本实用新型的仿生机械臂，机械关节组件采用多个子关节和多个通气单元的结构，各相邻子关节之间通过第一弹力伸缩件连接的方式，通过调控柔性通气管内的气体压力大小，进而调控仿生机械臂的运动或弯曲方向，其结构简单，灵活度更高。各子关节的厚度与子关节横截面的直径之比保持在合适的范围，能够增强仿生机械臂运动或弯曲活动的灵活性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。