[发明专利]水下压力自适应的机电混合驱控软体智能机械臂

说明书

本发明公开了一种水下压力自适应的机电混合驱控软体智能机械臂，包括至少三根并列设置的大波纹管；每根大波纹管内包裹有并列设置的至少四根小波纹管，大波纹管的管壁上设有若干片呈阵列排布的人工肌肉；每片人工肌肉由独立的电压驱动以实现其伸缩；大波纹管与小波纹管一端密闭并连接在一起，另一端分别连通对应的海水泵；每根大波纹管密闭的一端连接有一根机械手指；所有机械手指通过铰支座连接在一个手指安装座上。本发明的机电混合驱控软体智能机械臂采用液压和电驱动人工肌肉混合驱动，具有响应速度快、动作精准等优点。

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，尤其涉及一种水下压力自适应的机电混合驱控软体智能机械臂。

背景技术

传统机械臂大多由金属材料制成，重量大，体积大，灵活性不足，难以适应狭小空间里的作业环境。此外，由于使用了机械传动，在深海环境下，传统机械臂的腐蚀和漏水也会加速设备老化，提高了设备的维护成本。此外，在水下环境下，如何对传统机械臂进行防锈和密封也是令人困扰的问题。

软体机械臂的研究主要受到自然界中的软体动物(如章鱼、象鼻等)的运动模式启发，通过软性材料搭配气动控制系统，实现超冗余和无限自由度的柔顺运动。软体机械臂因其柔性结构特性，使其在复杂未知环境探测、人机友好交互等方面，都具有刚性机械臂难以匹敌的优势。

现阶段柔性机械臂的研究主要是以传统气动驱动为主，以超弹性硅胶材料作为本体材料，结合最新的3D打印技术的研究，这类机器人多是气动驱动，承压小，变形大。

例如，公开号为CN104260104A的中国专利文献公开了一种柔性机器人充气手指，包括：充气手指指尖，该充气手指指尖位于所述充气手指的前端，用于接触要抓取的物体：充气手指弯曲部，该充气手指弯曲部位于所述充气手指的中部并连接所述充气手指指尖，用于实现充气手指的抓取或松开；充气手指连接部，该充气手指连接部位于所述充气手指的后端并连接所述充气手指弯曲部，用于固定充气手指，作为外部气体进入所述充气手指的通道，由充气手指指尖、充气手指弯曲部及充气手指连接部构成的充气手指为一体化成型制作。

公开号为CN110293581A的中国专利文献公开了一种仿生软体机械臂及抓持系统。仿生软体机械臂包括：至少两根平行设置的波纹管；两个端板，分别位于至少两根波纹管的两端端部，每根波纹管的端部固定连接至对应端的端板；支板，在至少两根波纹管之间，每个管体上最小直径处设置有一个支板。

但是，现有软体机械臂均是单一的驱控方式：气压或液压驱动，存在响应速度慢、动作幅度大、动作不精准等缺点。

发明内容

本发明提供了一种水下压力自适应的机电混合驱控软体智能机械臂，采用液压和电动人工肌肉混合驱动，具有响应速度快、动作精准等优点。

具体技术方案如下：

一种水下压力自适应的机电混合驱控软体智能机械臂，包括至少三根并列设置的大波纹管；

每根大波纹管内包裹有并列设置的至少四根小波纹管，大波纹管的管壁上设有若干片呈阵列排布的人工肌肉；每片人工肌肉由独立的电压驱动以实现其伸缩；

大波纹管与小波纹管一端密闭并连接在一起，另一端分别连通对应的海水泵；

每根大波纹管密闭的一端连接有一根机械手指；

所有机械手指通过铰支座连接在一个手指安装座上。

用海水泵给大波纹管内部加压，驱动大波纹管以使之完成伸长的动作；用海水泵给小波纹管内部加压以驱动小波纹管，通过不同的压力组合使之带动整个大波纹管做出伸长、弯曲的动作；用独立电压驱动每片人工肌肉使之扩张或收缩，人工肌肉群共同作用，以实现大波纹管伸长、弯曲的动作。