[发明专利]一种几何尺寸可变和容积恒定的可膨胀管，机械臂和机器人

说明书

本发明涉及一种可变几何尺寸和容积恒定的可膨胀管(1)，可膨胀管包括一可膨胀封套(4)，可膨胀封套具有一中心轴线(A)。提供应力承载装置，其包括属于封套(4)的同一纵向半平面(P1)的一对第一不可伸展的连接装置(5)和第二不可伸展的连接装置(6)，第一装置(5)沿着第一纵向方向定向，第一纵向方向相对于中心轴线(A)倾斜，而第二装置(6)沿着第二纵向方向定向，第二纵向方向也相对于中心轴线(A)倾斜，但是其穿过中心轴线(A)上的所述第一方向。可膨胀管(1)可围绕第一或第二枢轴弯曲，然后施加在封套(4)上的纵向拉伸应力集中在中心轴线(A)上。

技术领域

本发明涉及高细长比的多关节机械臂的关节领域，其中高细长比的多关节机械臂指的是具有外径很小且长度很长的臂，以允许检查那些人们觉得拥挤，难以进入且对人造成威胁(存在化学或辐射风险)的环境或者大环境。

本发明尤其涉及一种几何尺寸可变和容积恒定的可膨胀管，并涉及一种包括至少一个这种可膨胀管的机械臂，还涉及一种装有所述机械臂的机器人。

背景技术

高细长比的机器人是已知的，这种机器人具有通过枢轴，滑动或滑动枢轴型连杆铰接的刚性节段。可以非常精确地操作这类机器人，但是刚性节段的重量和连接这些刚性节段的机械连杆的重量使得机器人的部署变得困难，同时限制了在实际中可以实现的细长比。

可膨胀机械结构，例如容积恒定的关节，也是已知的。

法国专利FR2960468B1和法国专利申请FR3004376A1中提出了一种可膨胀铰接结构，如图1和2所示，这种可膨胀铰接结构一方面包括一可膨胀管状封套100，可膨胀管状封套100含有加压流体且具有可变几何尺寸部分101，可变几何尺寸部分两侧有两个固定的几何尺寸部分102，另一方面，包括用于扭曲所述部分101的装置，该装置与封套100一起布置，以使所述部分101弯曲，使得封套100基本保持定容积。

扭曲装置可包括与连接到封套100的电缆103相关联的致动器，使得拉动其中一根电缆，通过在所述部分101的中心轴线A3的任一侧上产生长度差来引起所述部分101变形，同时保持所述部分101的横截面基本保持不变。

法国专利FR2960468B1进一步提出提供基本上垂直于中心轴线A3的折叠，该折叠为环形并且设置有沿着两条缝合线彼此缝合的部分，所述两条缝合线在中心轴线A3的两侧上对称延伸，并且所述折叠还设置有自由部分，自由部分也在中心轴线A3的两侧上对称延伸。由于这些接缝位于应力集中区域，因此结构的机械强度和负载能力由接缝质量所决定，所述接缝在工业应用中变得相当复杂。

为了克服这种困难，申请FR3004376A1提出了提供应力承载装置，该应力承载装置包括两个条带104，其沿着封套100的纵向方向附接到封套100，位于直径上相对的位置处；孔眼105，其安装在条带104中的专门用于安装孔眼的孔中，且在纵向方向上间隔开来；以及不可伸展的柔性连杆106，其穿过所述孔眼105，以在条带104下(在隧道形成部分)和上交替前进。连杆106的端部被绑到焊接到封套100上的条带104的端部处的突片107上，使得在连杆106的第二端部之前的一个拉力被施加到相应的突片107，这导致在条带部分中形成至少一个折叠，条带部分位于两个支柱108之间，每个支柱108均位于隧道形成部分中。可变几何尺寸部分101的长度缩短50％，导致形成折叠，折叠允许所述部分101弯曲，其中所述部分101的弯曲是通过在所述部分101的半平面P中拉动电缆103约90°实现的，所述电缆103的一端附接到封套100，且所述部分101的两侧设置有扭曲装置。为了说明这种弯曲，图3中示出了一门式拱形支撑结构，该支撑结构由设置有示意性示出的三条条带104的封套100所形成，其中一条条带位于封套100的中间，另外两条则对称布置在所述封套100的中间的两侧上，以获得三个连续的弯曲部分。

图1至图3中所示的可膨胀铰接结构的缺点在于，在实践中，只要可变几何尺寸部分保持其容积不变或增大其容积，则其可以呈现预期之外的任何形状，例如S形或肘形，这可能导致凸起的出现。在可膨胀铰接结构用作机械臂的一部分时，这种凸起是引导臂的主要缺点。