[发明专利]一种变刚度柔性关节驱动机械臂

说明书

本发明公开了一种变刚度柔性关节驱动机械臂，包括：机械手、两个柔性关节驱动组件和两个变刚度支撑连接组件，一个变刚度支撑连接组件的一端连接机械手，另一端连接一个柔性关节驱动组件，另一个变刚度支撑连接组件的一端连接一个柔性关节驱动组件，另一端连接另一个柔性关节驱动组件，各柔性关节驱动组件及变刚度支撑连接组件均连接气源。本发明所公开的一种变刚度柔性关节驱动机械臂，可以实现变刚度，能根据负载大小灵活调整改变各个组件气压大小，从而改变整个机械臂的刚度，极大地提高了柔性机械臂的负载能力，本发明同时可做出仿人抱起的弯曲动作，变刚度使得在人机交互中不会对人造成伤害，适合用于处理病患转移的医疗器械，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种变刚度柔性关节驱动机械臂。

背景技术

患者转移，即把卧床不起的病人从床上抬起并移动到轮椅，是护理中最具体力挑战的任务之一，给护工们带来了很大的负担。可通过引入机器人技术来减轻护工群体相应的身体负担。

传统机器人的设计以刚性结构基于位置控制进行高速、高精度活动，刚性连接结构使其能传递大力矩，但其末端刚度很大，对人的安全造成威胁，因此，传统的机械臂难以直接应用于需要与人交互的机器人中；而由弹性材料组成的全柔性机械臂虽能在工作中改变自身形状，与环境相适应，但现有的全柔性机械臂并不能承受高额的载荷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变刚度柔性关节驱动机械臂，解决现有技术中的上述问题，人机交互性好，不会对所接触的人体造成损害，且可保证一定的支撑强度。

本发明为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：

一种变刚度柔性关节驱动机械臂，包括：机械手、两个柔性关节驱动组件和两个变刚度支撑连接组件，一个所述变刚度支撑连接组件的一端连接机械手，另一端连接一个所述柔性关节驱动组件，另一个变刚度支撑连接组件的一端连接一个所述柔性关节驱动组件，另一端连接另一个所述柔性关节驱动组件，各柔性关节驱动组件及变刚度支撑连接组件均连接至气源。

通过采用上述技术方案，柔性关节驱动组件可作出弯曲变形的动作，以模仿人手臂的关节弯曲，变刚度支撑连接组件的刚度可变，保证了一定的支撑强度，同时在对负载（病患）起支撑作用的同时，不会对所接触的人体造成损害。两个柔性关节驱动组件可作两段式的弯曲动作，而变刚度支撑连接组件与柔性关节驱动组件相间隔的设置，既起连接作用，又可起到对负载的支撑作用。

作为本发明的进一步改进，柔性关节驱动组件包括空气弹簧、连接板、柔性梁和气源接头一，所述空气弹簧的一端通过紧固件连接一个连接板，另一端通过紧固件连接另一个连接板，所述柔性梁的一端连接一个连接板，另一端连接另一个连接板，所述气源接头一连接于空气弹簧上，所述气源接头一外接至气源，所述柔性梁在空气弹簧的作用下可产生弯曲变形，撤去空气弹簧的作用力后可恢复至初始状态；一个所述变刚度支撑连接组件的一端通过紧固件连接机械手，另一端通过紧固件连接一个柔性关节驱动组件一端的连接板，另一个变刚度支撑连接组件的一端通过紧固件连接一个所述柔性关节驱动组件另一端的连接板，另一端通过紧固件连接另一个所述柔性关节驱动组件一端的连接板。通过采用上述技术方案，柔性关节驱动组件的具体结构设置，一方面使得整体结构紧凑，另一方面，空气弹簧在充气后具有伸长的趋势，受限于柔性梁的可弯曲不可伸长的特性，整体产生弯曲效果，从而实现模仿手臂弯曲的情形，而在释放气体后，空气弹簧因柔性梁的可恢复性而恢复，以便进行下一个弯曲动作。

作为本发明的进一步改进，初始状态下，柔性梁呈横向设置，各连接板呈纵向设置，柔性梁与空气弹簧之间具有间隙A。通过采用上述技术方案，连接板呈纵向设置，与空气弹簧的接触和连接更为可靠，柔性梁呈横向设置，两端各连接一个连接板，有利其本身的变形弯曲和恢复。