[发明专利]一种气囊驱动的柔性机械臂

权利要求书

1.一种气囊驱动的柔性机械臂，其特征在于，包括两列中空菱形柱体状的框架单元，相邻的框架单元之间通过侧面相连；

所述框架单元由柔性材料制成；

所述框架单元内两个不同高度处分别设置一个气囊，所述气囊上分别设有充气通道；

当气囊处于充气状态时，气囊能够挤压框架单元的内壁，进而使框架单元产生形变。

2.根据权利要求1所述的气囊驱动的柔性机械臂，其特征在于，相邻的侧面相连的框架单元由3D打印工艺制成。

3.根据权利要求1所述的气囊驱动的柔性机械臂，其特征在于，所述柔性材料为热塑性聚氨酯。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的气囊驱动的柔性机械臂的控制方法，其特征在于，对气囊进行充、放气进行弯曲变形和长度变形，实现弹性变形范围内的任意构型。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，进行弯曲变形的控制过程为：

将一列所有气囊充气，另一列不充气，则充气列框架每个单元内气囊充气后膨胀，挤压单元内壁，使单元纵向伸长，而另一列单元纵向长度不发生变化，从而充气列长度大于另一列，机械臂的充气列向另一列弯曲；

随着充气量的不同，伸长量随之变化，机械臂弯曲曲率随之变化；

将上侧所有气囊充气，下侧气囊不充气，则框架每个单元上侧气囊充气后膨胀，挤压内壁，使单元上侧纵向长度伸长，单元下侧纵向长度不发生变化，从而框架上侧长度大于下侧，机械臂向下弯曲；

将下侧气囊充气而上侧不充气，则机械臂向上弯曲；

充入气囊的气压值变化，则单元的伸长量变化，机械臂上下两侧长度差发生变化，因此机械臂弯曲的曲率变化，实现通过控制气囊的气压进而控制弯曲度。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，进行长度变形的控制过程为：

对所有气囊充入相同气压，框架单元内所有气囊充气后膨胀挤压内壁，两列单元上下两侧气囊同时产生相同的形变，从而使每个单元上下侧纵向长度产生相同的伸长，进而使得机械臂整体伸长；

随着充气量的不同，每个单元的伸长量发生相同变化，机械臂伸长量发生变化，进而实现通过控制气囊的气压进而控制伸长量。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，进行任意构型变形的控制过程为：

给定机械臂目标构型后，机械臂单元根据目标构型弯曲情况进行分段，每段机械臂进行侧向弯曲和上下弯曲组合实现360°范围内任意方向弯曲，控制气囊内气压值实现曲率变化，进而实现每段机械臂弯曲方向与曲率和目标构型相同，从而分段实现构型匹配，达到机械臂目标构型。