一种利用流体驱动的多自由度软体机械臂、软体机械臂系统
技术领域
本发明属于程序控制机械手
技术领域
，尤其涉及一种利用流体驱动的多自由度软体机械臂、软体机械臂系统。背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
由于传统刚性机器人大多数由限制了弹性变形能力的刚性材料制成，其形状适应特定的外部约束与障碍，具有高度精确性的特点，但很难表现出高度可变形能力与对不同环境的适应性，随着需求领域的继续扩大，医疗保健、复杂地形勘探等特殊领域对机器人提出了更加严苛的要求，能够适应非结构化环境的特殊机器人成为研究热点方向。
软体机械臂以其结构轻便，运动灵活而见长；目前的软体机械臂一般采用硅胶或橡胶等柔性材质，内部设有气腔，通过向气腔充气或抽出气腔内的气体，使气腔内部气压发生变化，来驱动气腔的收缩，从而实现软体机械臂发的整体伸缩等功能。但目前的软体机械臂大多只能实现单自由度或两个自由度的动作，现有技术一提出了一种软体机械臂，但只能实现螺旋式扭转动作，不能实现伸缩、弯曲动作；现有技术二提出的机械臂只能在关节处实现弯曲，主体部分只能实现单自由度的伸缩。
综上所述，现有技术存在的问题是：
目前的软体机械臂大多只能实现单自由度或两个自由度的动作，如只能实现扭转运动，或者是只能完成弯曲运动，很难同时完成各方向弯曲、伸长的动作。
解决上述技术问题的难度在于：
（1）软体机械臂的结构设计及柔性结构成型工艺问题。
（2）如何实现流体驱动系统与软体机械臂的模块化集成，并保证流体的可靠密封以及在多段机械臂中的传输，而且要约束软体机械臂的径向变形。
解决上述技术问题的意义在于：
本发明在软体机械臂可以完成3自由度的运动的同时，并保证了驱动流体的可靠密封，及流体驱动系统与软体机械臂的模块化集成。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用流体驱动的多自由度软体机械臂。
本发明是这样实现的，一种利用流体驱动的多自由度软体机械臂，该利用流体驱动的多自由度软体机械臂设置有机械臂基体；
驱动弹性腔，通过硅胶浇注在所述机械臂基体内部；
刚度调节腔，通过硅胶浇注在所述机械臂基体内部，与所述驱动弹性腔交错布置；
接头连接件，与所述机械臂基体卡接安装；
接头密封盖，通过快插接头固定安装在所述接头连接件的外侧。
进一步，所述驱动弹性腔的前后两端分别套装有弹性腔前端堵头和弹性腔后端堵头，所述驱动弹性腔的内侧一体设置有弹性腔内层。
进一步，所述驱动弹性腔的外侧设置有弹性腔约束层。
进一步，所述弹性腔前端堵头的中部设置有供流体通过的通孔。
进一步，所述驱动弹性腔和刚度调节腔各至少3个。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述利用流体驱动的多自由度软体机械臂的软体机械臂系统，该软体机械臂系统由多节所述利用流体驱动的多自由度软体机械臂串联构成。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明提出一种可实现全向弯曲、伸缩、可变刚度的软体机械臂，软体机器人模仿自然界中软体动物，避免使用刚性材料，多采用如硅胶等可成型材料，凭借柔性材料天然的柔顺性和适应性，软体机械臂具有了高柔性和大形变的较强的复杂环境适应能力。
软体机械臂由柔性材料制成，而由于柔性材料易变形的特性，使得软体机械臂容易受环境条件影响而发生被动形变，对其运动的重复性定位精度造成影响，同时，其柔顺被动变形也带来低输出力的问题，因此软体机械臂可变刚度的特性就尤为重要。
附图说明
图1是本发明实施例提供的发明软体机械臂的工作原理示意图；
图1中：a、软体机械臂全向弯曲示意图；b、软体机械臂调节刚度示意图。
图2是本发明实施例提供的软体机械臂的立体结构示意图。
图3是本发明实施例提供的软体机械臂的主视结构示意图。
图4是本发明实施例提供的结构分解示意图。
图5是本发明实施例提供的图3中Ⅰ-Ⅰ处的剖视图。
图6是本发明实施例提供的图3的右视图。
图7是本发明实施例提供的图3的左视图。
图8是本发明实施例提供的图3中Ⅱ-Ⅱ处的剖视图。
图9是本发明实施例提供的图3中Ⅲ-Ⅲ处的剖视图。
图10是本发明实施例提供的内侧弹性气腔的结构示意图。
图11是本发明实施例提供的约束层结构示意图。
图12为单腔充压时软体机械臂实验图。
图13为驱动压力与弯曲角度关系图。
图14为驱动压力与驱动器伸长量关系图。
图中：1、机械臂基体；2、弹性腔后端堵头；3、弹性腔内层；4、弹性腔前端堵头；5、接头连接件；6、接头密封盖；7、快插接头；8、顶端盖；9、气管；10、刚度调节腔；11、驱动弹性腔。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
本发明的目的是发明并设计提出一种多自由的可变刚度软体机械臂，可实现弯曲、扭转、伸长等动作，具有高柔性和大形变的能力。
图1-图11表现了本发明多自由度软体机械臂的基本原理和结构组成，结合上述各图说明本实施方案，本实施方案包括软体机械臂弹性基体1、弹性腔后端堵头2、弹性腔内层3、弹性腔约束层、驱动弹性腔11、刚度调节腔10、弹性腔前端堵头4、接头连接件5、快插接头7，接头密封盖6、顶端盖8、气管9。
弹性腔通过硅胶浇注成型，在弹性腔外部增设弹性腔约束层，弹性腔约束层可以是纤维线双螺旋缠绕，也可以是尼伦环等结构，
弹性腔后端堵头2与弹性腔前端堵头4之间固定有弹性腔内层3；弹性腔的后端部由高硬度弹性硅胶制成的弹性腔后端堵头2堵死，在弹性腔前端插入弹性腔前端堵头4，弹性腔前端堵头4也是由高硬度弹性硅胶制成，在弹性腔前端堵头4中间有圆形通孔，供流体通过。刚度调节腔10也是由硅胶浇注成型，在刚度调节腔内部填充有细小阻塞颗粒，细小阻塞颗粒可以是圆形塑料小球、咖啡豆等。
驱动弹性腔11和刚度调节腔10交错布置，多个硅胶腔沿机械臂弹性基体1的径向均匀布置，驱动弹性腔和刚度调节腔各至少3个。弹性腔的前端部插入接头连接件5，在接头连接件5外部涂有粘合胶，中间有圆形通孔，在接头连接件5上插有快插接头7，接头连接件5通过接头密封盖6与快插接头7连接。
用前端盖8将快插接头包住，前端盖8由高硬度硅胶制成。顶端盖8上穿插有气管9。
上述软体机械臂可以单独把一节作为机械臂主体，来完成相应动作，也可以多节串联，组合成超冗余软体机械臂。
软体机械臂动作实施例：
全向弯曲:以图1（a）为例，当驱动弹性腔Ⅰ充气，弹性腔伸长，驱动整个机械臂弯曲，当腔内气体卸荷或抽出腔内气体，机械臂伸直；
伸长收缩：当驱动弹性腔Ⅰ、驱动弹性Ⅱ、驱动弹性Ⅲ同时充气，机械臂伸长，当压力卸荷或者抽出三腔气体，机械臂收缩；
调节刚度：如图1（b）所示，当将刚度调节腔内部气体抽出，在外界大气压的作用下，刚度调节腔被压缩，内部圆形可以挤压到一起，整体结构硬度变硬，使得机械臂刚度提高，当往腔内充气，弹性腔恢复原来状态，整体结构硬度变软，使得机械臂刚度降低。
本发明分别对单腔和两个气腔同时充压，驱动压力从0bar到2bar，每隔0.2bar作为一个测试点，如图12为驱动压力与弯曲角度关系图，如图13为单腔充压时软体机械臂实验图，图14为驱动压力与驱动器伸长量关系图，在驱动压力为2.2bar时，软体机械臂弯曲角度可达81°，伸长率可达23.6%。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
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