一种内骨骼式气动软连续型机器人

1.本发明涉及软连续型机器人，具体地说是一种内骨骼式气动软连续型机器人。


背景技术：

2.针对软连续型机器人的机构设计问题进行研究，根据调研得知，气动软连续型机器人具有轻量化、高效率、无污染等优势。现有的气动软连续型机器人大多采用mckibben气动人工肌肉，伸缩比较小，灵活性较差。


技术实现要素：

3.针对现有气动软连续型机器人采用mckibben气动人工肌肉存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种内骨骼式气动软连续型机器人。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.本发明包括多个依次串联的柔性单元，所述柔性单元包括内骨骼式气动人工肌肉、气动接头及约束盘，其中内骨骼式气动人工肌肉为多个、沿圆周方向均布，各所述内骨骼式气动人工肌肉的两端均密封连接有约束盘，各所述柔性单元中的内骨骼式气动人工肌肉的数量相同、一一对应，各所述柔性单元中相对应的内骨骼式气动人工肌肉之间相互连通为一组肌肉，每组相互连通的所述内骨骼式气动人工肌肉的一端通过内骨骼式气动软连续型机器人一端约束盘上安装的堵头密封，另一端通过内骨骼式气动软连续型机器人另一端约束盘上安装的气动接头与气源相连；每组相互连通的所述内骨骼式气动人工肌肉通过气源独立充气或抽气，实现该组肌肉长度的伸长或缩短。
6.其中：所述内骨骼式气动人工肌肉包括气囊及位于气囊内部的折纸型内骨骼，所述气囊的两端均开设有与内部连通的连接孔，所述气囊的每端均与约束盘密封固接；所述气囊的连接孔与约束盘上安装的气动接头或堵头连接，通过所述气动接头与相邻柔性单元上对应的内骨骼式气动人工肌肉中的气囊连通。
7.所述折纸型内骨骼具有多个折痕，所述折纸型内骨骼的边缘及各折痕处均与气囊的内表面固接，进而将所述气囊内部分隔成多个独立空间，所述折纸型内骨骼上相邻两折痕之间的部分开设有通气孔，各所述独立空间之间通过通气孔相连通。
8.所述折纸型内骨骼上相邻两折痕之间的部分为方形，相邻两所述方形之间具有夹角，相间隔的所述方形之间相平行；所述方形的四边均与气囊的内表面固接。
9.每个所述柔性单元具有两个约束盘，两个所述约束盘之间沿圆周方向均匀设有多个内骨骼式气动人工肌肉，相邻两所述柔性单元之间共用一个约束盘，末端的所述约束盘上安装有与内骨骼式气动人工肌肉数量相同的堵头，其余的所述约束盘上均安装有与内骨骼式气动人工肌肉数量相同的气动接头。
10.每个所述柔性单元中的两个约束盘相平行，所述约束盘上开设有用于安装气动接头或堵头的安装孔。
11.任意一个所述柔性单元均通过弹性杆骨架与相邻的柔性单元连接，所述弹性杆骨
架位于柔性单元的中间，所述弹性杆骨架的两端分别与约束盘固接。
12.每个所述柔性单元的各内骨骼式气动人工肌肉长度相等。
13.本发明的优点与积极效果为：
14.本发明结构简单，总体结构轻盈紧凑，控制精巧，应用场所广泛，具有流体驱动、伸缩比大、灵活性高、连续变形能力强和环境适应性好等诸多优点。
附图说明
15.图1为本发明的整体结构示意图；
16.图2为本发明中内骨骼式气动人工肌肉的结构示意图；
17.图3为本发明柔性单元的结构示意图；
18.其中：1为内骨骼式气动人工肌肉，2为气动接头，3为螺母，4为堵头，5为弹性杆骨架，6为约束盘，7为柔性单元，8为气囊，9为折纸型内骨骼，10为通气孔，11为连接孔。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作进一步详述。
20.如图1～3所示，本发明包括多个依次串联的柔性单元7，柔性单元7包括内骨骼式气动人工肌肉1、气动接头2及约束盘6，其中内骨骼式气动人工肌肉1为多个、沿圆周方向均布，各内骨骼式气动人工肌肉1的两端均密封连接有约束盘6，各柔性单元7中的内骨骼式气动人工肌肉1的数量相同、一一对应，各柔性单元7中相对应的内骨骼式气动人工肌肉1之间相互连通为一组肌肉，每组相互连通的内骨骼式气动人工肌肉1的一端通过内骨骼式气动软连续型机器人一端约束盘6上安装的堵头4密封，另一端通过内骨骼式气动软连续型机器人另一端约束盘6上安装的气动接头2与气源相连；每组相互连通的内骨骼式气动人工肌肉1通过气源独立充气或抽气。
21.本实施例将十个柔性单元7依次串联，组成整体的内骨骼式气动软连续型机器人；每个柔性单元7中设置了三个内骨骼式气动人工肌肉1，当对单个柔性单元7中的某个内骨骼式气动人工肌肉1充气或抽气时，内骨骼式气动人工肌肉1长度随之伸长或缩短，机器人朝该方向弯曲。
22.本实施例的柔性单元7具有两个圆形的约束盘6，两个约束盘6相平行，在两个约束盘6之间沿圆周方向均匀设有三个内骨骼式气动人工肌肉1，三个内骨骼式气动人工肌肉1长度相等，内骨骼式气动人工肌肉1与约束盘6接触位置采用热熔胶进行密封与固定；约束盘6上开设有用于安装气动接头2或堵头4的安装孔，约束盘6上的安装孔数量与内骨骼式气动人工肌肉1的数量相同，且一一对应。相邻两柔性单元7之间共用一个约束盘6，末端的约束盘6上安装有与内骨骼式气动人工肌肉1数量相同的堵头4，其余的约束盘6上均安装有与内骨骼式气动人工肌肉1数量相同的气动接头2。任意一个柔性单元7均通过弹性杆骨架5与相邻的柔性单元7连接，弹性杆骨架5位于柔性单元7的中间，弹性杆骨架5的两端分别与约束盘6固接。本实施例弹性杆骨架5的材质可为橡胶。
23.本实施例的内骨骼式气动人工肌肉1包括气囊8及位于气囊8内部的折纸型内骨骼9，气囊8的端面为方形，气囊8的两端均开设有与内部连通的连接孔11，气囊8的每端均与一个约束盘6采用热熔胶进行密封与固定；气囊8的连接孔11与约束盘6上安装的气动接头2或
堵头4连接，通过气动接头2与相邻柔性单元7上对应的内骨骼式气动人工肌肉1中的气囊8连通。本实施例的折纸型内骨骼9具有多个折痕，折纸型内骨骼9的边缘及各折痕处均与气囊8的内表面固接，进而将气8内部分隔成多个独立空间，折纸型内骨骼9上相邻两折痕之间的部分开设有通气孔1，各独立空间之间通过通气孔10相连通。本实施例的折纸型内骨骼9上相邻两折痕之间的部分为方形，相邻两方形之间具有夹角(本实施例的夹角为锐角)，相间隔的方形之间相平行；方形的四边均与气囊8的内表面固接。本实施例气囊8可选用pe薄膜制成，折纸型内骨骼9可选用pvc板制成，折纸型内骨骼9采用热塑工艺与气囊8的内表面固接。
24.本发明的工作原理为：
25.本发明的机器人采用气驱动，通过外接的气管与气源相连，由气源对各柔性单元7中相连通的一组内骨骼式气动人工肌肉1进行充气或抽气，该组肌肉的长度随之伸长或缩短，机器人即朝该方向弯曲；当不同的内骨骼式气动人工肌肉1长度变化时，软连续型机器人可以实现不同方向的弯曲运动。


技术特征：
1.一种内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：包括多个依次串联的柔性单元(7)，所述柔性单元(7)包括内骨骼式气动人工肌肉(1)、气动接头(2)及约束盘(6)，其中内骨骼式气动人工肌肉(1)为多个、沿圆周方向均布，各所述内骨骼式气动人工肌肉(1)的两端均密封连接有约束盘(6)，各所述柔性单元(7)中的内骨骼式气动人工肌肉(1)的数量相同、一一对应，各所述柔性单元(7)中相对应的内骨骼式气动人工肌肉(1)之间相互连通为一组肌肉，每组相互连通的所述内骨骼式气动人工肌肉(1)的一端通过内骨骼式气动软连续型机器人一端约束盘(6)上安装的堵头(4)密封，另一端通过内骨骼式气动软连续型机器人另一端约束盘(6)上安装的气动接头(2)与气源相连；每组相互连通的所述内骨骼式气动人工肌肉(1)通过气源独立充气或抽气，实现该组肌肉长度的伸长或缩短。2.根据权利要求1所述的内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：所述内骨骼式气动人工肌肉(1)包括气囊(8)及位于气囊(8)内部的折纸型内骨骼(9)，所述气囊(8)的两端均开设有与内部连通的连接孔(11)，所述气囊(8)的每端均与约束盘(6)密封固接；所述气囊(8)的连接孔(11)与约束盘(6)上安装的气动接头(2)或堵头(4)连接，通过所述气动接头(2)与相邻柔性单元(7)上对应的内骨骼式气动人工肌肉(1)中的气囊(8)连通。3.根据权利要求2所述的内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：所述折纸型内骨骼(9)具有多个折痕，所述折纸型内骨骼(9)的边缘及各折痕处均与气囊(8)的内表面固接，进而将所述气囊(8)内部分隔成多个独立空间，所述折纸型内骨骼(9)上相邻两折痕之间的部分开设有通气孔(10)，各所述独立空间之间通过通气孔(10)相连通。4.根据权利要求3所述的内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：所述折纸型内骨骼(9)上相邻两折痕之间的部分为方形，相邻两所述方形之间具有夹角，相间隔的所述方形之间相平行；所述方形的四边均与气囊(8)的内表面固接。5.根据权利要求1所述的内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：每个所述柔性单元(7)具有两个约束盘(6)，两个所述约束盘(6)之间沿圆周方向均匀设有多个内骨骼式气动人工肌肉(1)，相邻两所述柔性单元(7)之间共用一个约束盘(6)，末端的所述约束盘(6)上安装有与内骨骼式气动人工肌肉(1)数量相同的堵头(4)，其余的所述约束盘(6)上均安装有与内骨骼式气动人工肌肉(1)数量相同的气动接头(2)。6.根据权利要求5所述的内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：每个所述柔性单元(7)中的两个约束盘(6)相平行，所述约束盘(6)上开设有用于安装气动接头(2)或堵头(4)的安装孔。7.根据权利要求1所述的内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：任意一个所述柔性单元(7)均通过弹性杆骨架(5)与相邻的柔性单元(7)连接，所述弹性杆骨架(5)位于柔性单元(7)的中间，所述弹性杆骨架(5)的两端分别与约束盘(6)固接。8.根据权利要求1所述的内骨骼式气动软连续型机器人，其特征在于：每个所述柔性单元(7)的各内骨骼式气动人工肌肉(1)长度相等。

技术总结
本发明涉及软连续型机器人，具体地说是一种内骨骼式气动软连续型机器人，包括多个依次串联的柔性单元，内骨骼式气动人工肌肉为多个、沿圆周方向均布，各内骨骼式气动人工肌肉的两端均密封连接有约束盘，各柔性单元中的内骨骼式气动人工肌肉的数量相同、一一对应，各柔性单元中相对应的内骨骼式气动人工肌肉之间相互连通为一组肌肉，每组相互连通的内骨骼式气动人工肌肉的一端通过内骨骼式气动软连续型机器人一端约束盘上安装的堵头密封，另一端通过内骨骼式气动软连续型机器人另一端约束盘上安装的气动接与气源相连；每组相互连通的内骨骼式气动人工肌肉通过气源独立充气或抽气，实现该组肌肉长度的伸长或缩短。本发明采用气驱动，具有灵活性高、驱动方式简单、制作容易、成本低等优势。成本低等优势。成本低等优势。


技术研发人员：刘玉旺 陈鹏 石文平 彭海军 李海洋 苑婷雯
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2022/5/10