柔性氣動(dòng)肌肉及柔性機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種柔性機(jī)器人，尤其是一種柔性氣動(dòng)肌肉及柔性機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]管道機(jī)器人是一種可以代替人類進(jìn)入管道內(nèi)部進(jìn)行管道維護(hù)、探測等作業(yè)的智能機(jī)器人系統(tǒng)。隨著管道在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的應(yīng)用增多，對管道機(jī)器人的需求也越來越多。國內(nèi)外學(xué)者研究開發(fā)了各種各樣的管道機(jī)器人機(jī)構(gòu)來滿足實(shí)際需求。
[0003]大部分管道機(jī)器人采用剛性支撐結(jié)構(gòu)制造，但剛性支撐結(jié)構(gòu)對管道壁造成損傷比較大，并且不易小型化，存在在小型管道中轉(zhuǎn)彎困難等問題，對于小型、微型管道的適應(yīng)能力差，使用效果不好。
[0004]而若采用非剛性結(jié)構(gòu)，則柔性仿生肌肉的方向比較合適，在仿生肌肉的研究中，記憶合金的成本高，而利用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的肌肉可以像生物的肌肉一樣伸縮變形，具有功率質(zhì)量比大、收縮比大、柔軟性好、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，但當(dāng)前研究的氣動(dòng)肌肉均停留在在利用彈性材料自然變形的階段上，如上海理工大學(xué)專利號為201220193597.22的管道內(nèi)柔性微小機(jī)器人系統(tǒng)中，其技術(shù)特征為空心圓柱形桶體；同樣的哈爾濱工業(yè)大學(xué)一種小型化的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器201310110986.3，其中的氣動(dòng)肌肉也僅僅是簡單的橡膠軟管，這種結(jié)構(gòu)單純的靠柔性材料的彈性變形，對材料壁厚均勻度要求高，會(huì)常常因?yàn)楸诤癫痪鶆驅(qū)е掳l(fā)生的彈性形變偏離預(yù)期，并且在環(huán)境復(fù)雜的管道中，非常容易被異物毛刺等刺破、劃傷而損壞，而且對于變形方向不容易控制，可靠性比較低。
[0005]北京郵電大學(xué)柔性蠕動(dòng)的管道機(jī)器人200810106352.X是通過磁鐵吸附在管道壁上，而對于大量常用的PVC管道則不適合。
[0006]以上機(jī)器人的共同問題是不能將柔性彈性形變限制在預(yù)期的范圍內(nèi)，存在使用不可控不可靠的問題，因而不適合商業(yè)化使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型提供了一種可靠性高、適于廣泛應(yīng)用的柔性氣動(dòng)肌肉及柔性機(jī)器人。
[0008]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的之一的柔性氣動(dòng)肌肉，包括至少部分管壁為預(yù)折疊彈性管壁的封閉氣室，所述封閉氣室上設(shè)有與封閉氣室相通的管接頭，通過管接頭向封閉氣室注入空氣或抽真空可使預(yù)折疊彈性管壁伸展和收縮。
[0009]所述封閉氣室由一個(gè)預(yù)折疊彈性長管和位于預(yù)折疊彈性長管兩端的堵頭構(gòu)成，所述管接頭位于堵頭上。
[0010]所述封閉氣室由一個(gè)環(huán)形的預(yù)折疊彈性管構(gòu)成。
[0011]所述封閉氣室的工作面管壁設(shè)有加厚部。
[0012]所述封閉氣室的加厚部上設(shè)有連接孔，所述連接孔內(nèi)穿入保護(hù)繩索并可與其它氣動(dòng)肌肉并聯(lián)使用。
[0013]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的之二的柔性機(jī)器人，包括兩個(gè)導(dǎo)向頭、兩個(gè)環(huán)形膨脹肌肉和三個(gè)縱向伸縮肌肉，每個(gè)所述導(dǎo)向頭通過三個(gè)平行四邊形伸縮固定機(jī)構(gòu)連接一個(gè)環(huán)形膨脹肌肉，兩個(gè)所述環(huán)形膨脹肌肉分別通過連接環(huán)固定在三個(gè)縱向伸縮肌肉的兩端；三個(gè)縱向伸縮肌肉組成可控彎曲角度和方向的機(jī)械臂，一個(gè)所述導(dǎo)向頭上設(shè)有攝像頭和鉸刀，所述鉸刀與電機(jī)相連；
[0014]所述環(huán)形膨脹肌肉包括一個(gè)由環(huán)形的預(yù)折疊彈性管構(gòu)成的第一封閉氣室，所述第一封閉氣室上設(shè)有與第一封閉氣室相通的管接頭；
[0015]所述縱向伸縮肌肉包括一個(gè)由預(yù)折疊彈性長管和位于預(yù)折疊彈性長管兩端的堵頭構(gòu)成的第二封閉氣室，所述第二封閉氣室上設(shè)有與第二封閉氣室相通的管接頭。
[0016]所述平行四邊形伸縮固定機(jī)構(gòu)的一個(gè)角固定在導(dǎo)向頭上，對應(yīng)的另一個(gè)角通過彈簧固定在環(huán)形膨脹肌肉上。
[0017]所述第一封閉氣室和第二封閉氣室的工作面管壁設(shè)有加厚部。
[0018]本實(shí)用新型的柔性氣動(dòng)肌肉及柔性機(jī)器人的有益效果如下:
[0019]本實(shí)用新型的柔性氣動(dòng)肌肉，可以將彈性變形限制在可控的范圍內(nèi)，提高了可靠性，利用商業(yè)化應(yīng)用，而采用該結(jié)構(gòu)的柔性機(jī)器人，不但可以通過直管，彎管和變徑管道，而且可以依靠主動(dòng)彎曲進(jìn)入交叉的支管。由于具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、牽引力大、越障能力強(qiáng)、對管道適應(yīng)能力強(qiáng)、破壞性小等優(yōu)點(diǎn)，在各種管道探測、檢測、疏通、修復(fù)等方面具有很大的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的柔性氣動(dòng)肌肉實(shí)施例1的部分剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本實(shí)用新型的柔性氣動(dòng)肌肉實(shí)施例2的部分剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本實(shí)用新型的柔性機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本實(shí)用新型的柔性機(jī)器人的環(huán)形膨脹肌肉的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]柔性氣動(dòng)肌肉實(shí)施例:
[0025]實(shí)施例1
[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型的柔性氣動(dòng)肌肉，包括封閉氣室1，所述封閉氣室I上設(shè)有與封閉氣室I相通的管接頭4，所述封閉氣室I由一個(gè)預(yù)折疊彈性長管2和位于預(yù)折疊彈性長管2兩端的堵頭3構(gòu)成，所述管接頭4位于堵頭3上；通過管接頭4向封閉氣室I注入空氣或抽真空可使預(yù)折疊彈性長管2伸展和收縮。所述封閉氣室I的工作面管壁設(shè)有加厚部5。所述封閉氣室I的加厚部5上設(shè)有連接孔6，所述連接孔6內(nèi)穿入保護(hù)繩索并可與其它氣動(dòng)肌肉并聯(lián)使用，可以保護(hù)氣動(dòng)肌肉的安全，并實(shí)現(xiàn)向不同的方向轉(zhuǎn)向等運(yùn)動(dòng)。
[0027]當(dāng)通過管接頭4注入壓縮空氣時(shí)，預(yù)折疊的折疊部分伸展，從而引起柔性肌肉伸展，而管接頭4抽真空時(shí)，柔性氣動(dòng)肌肉按照折疊的結(jié)構(gòu)收縮。通過控制注入空氣的壓力可以調(diào)節(jié)其伸展的長度，而加厚部5作為工作接觸面，不但耐摩擦，而且在其上設(shè)有勻布的連接孔6，通過該孔可以與其它的氣動(dòng)肌肉在相對的位置連接固定后，組成并聯(lián)機(jī)械臂，通過對不同的氣動(dòng)肌肉注入氣體和抽真空可以實(shí)現(xiàn)向不同的方向轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，例如，其中一個(gè)保持抽真空，而并聯(lián)的另外一個(gè)注入壓縮空氣，可控制機(jī)械臂向抽真空的方向彎曲，同時(shí)也可以穿入保護(hù)繩索