(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210946202.X (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 西南科技大 学 地址 621010 四川省绵阳市涪城区青龙 大 道中段59号 申请人 哈尔滨工业大 学 (72)发明人 刘宏伟　李正苗　苏庆　张新彬　 刘满禄　谭立国　霍建文　宿浩翔　 (74)专利代理 机构 成都正德明志知识产权代理 有限公司 513 60 专利代理师 鲍利蕊 (51)Int.Cl. B25J 9/06(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种气动多自由度二维运动蛇形柔性机械 臂 (57)摘要 本发明公开了一种气动多自由度二维运动 蛇形柔性机械臂， 包括柔性机械臂本体、 用于实 现所述柔性机械臂本体伸出与收回的收拢机构 和用于实现柔性机械臂本体在竖直方向上的位 置调整的升降机构； 柔性机械臂本体包括多个相 互连接的柔性关节组件， 每个柔性关节组件均包 括多个刚性 关节， 两个相邻的所述刚性关节之间 设置有柔性铰链和驱动元件； 驱动元件包括气 囊； 实现了整个蛇形柔性机械臂具备在狭小的作 业空间内灵活的、 小曲率半径变形能力， 可以在 狭窄的间隙内作二维穿行运动。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115256361 A 2022.11.01 CN 115256361 A 1.一种气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 包括柔性机械臂本体、 用 于实现所述柔性机械臂本体伸出与收回的收拢机构和用于实现柔性机械臂本体在竖直方 向上的位置调整的升降机构； 柔性机械臂本体包括多个相互连接的柔性关节组件， 每个柔性关节组件均包括多个刚 性关节， 两个相邻的所述刚性关节之间设置有柔 性铰链和驱动元件； 驱动元件 包括气囊。 2.根据权利要求1所述的气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 每个柔 性关节组件均呈两层结构， 其包括相互连接的上层刚性关节组件和下层刚性关节组件； 上层刚性关节组件 包括多个上层关节， 相邻两个上层关节之间设置有上层铰链； 下层刚性关节组件 包括多个下层关节， 相邻两个下层关节之间设置有下层铰链； 上层关节的下端面与 下层关节的上端面接触， 上层 关节与下层关节的接触面为台阶面 结构。 3.根据权利要求2所述的气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 多个柔 性关节组件高度从所述柔性机械臂近端到末端依次减小， 位于柔性机械臂近端的柔性关节 组件与所述收拢 机构固定连接 。 4.根据权利要求3所述的气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 所述气 囊镶嵌于两个相邻的所述刚性关节之间且位于所述 柔性铰链的两侧； 单个柔性关节 组件的所述柔性铰链两侧的多个气囊串联形成两个驱动单元， 每个驱动 单元均通过气管外 接外接比例阀和气泵。 5.根据权利要求3所述的气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 所述收 拢机构包括支撑平台， 所述支撑平台上设置有与所述柔性机械臂宽度匹配的螺旋轨道， 所 述螺旋轨道的中心处设置有驱动电机， 所述驱动电机的输出端水平连接有摆臂， 所述摆臂 沿长度方向设置有直线导轨， 所述直线导轨上滑动设置有直线滑块， 所述直线滑块上设置 有呈“L”形结构的连接板， 所述连接板的水平面与直线滑块的上端面固定连接， 连接板的竖 直面与所述 柔性机械臂近端固定连接 。 6.根据权利要求5所述的气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 所述螺 旋轨道的端口处设置有机械接口， 所述机械接口通过螺栓与所述支撑平台固定连接， 机械 接口为直线结构的导轨， 机 械接口的入口处的两侧 侧壁削边形成尖锥装结构。 7.根据权利要求5所述的气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 所述螺 旋轨道的两个内侧壁上沿其螺 旋方向均设置有横截面呈矩形 结构的限位凸起； 所述上层 关节和下层关节在宽度方向的两侧均设置有向外凸出的侧板； 位于上层 关节 两侧侧板的下端面和位于下层关节两侧侧板的上端面分别设置有 上限位柱和下限位柱， 所 述上限位柱和下限位柱之 间的竖直距离与所述限位凸起的高相匹配， 上限位柱和下限位柱 分别与限位凸起的上端面和下端面接触。 8.根据权利要求5所述的气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其特征在于， 所述升 降机构包括底座， 所述底座上设置有直线模组， 所述直线模组的顶部与所述支撑平台的下 端面固定连接， 直线模组的侧壁与底座的上端面之间设置有加强筋。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115256361 A 2一种气动多自由度二维运动蛇形 柔性机械臂 技术领域 [0001]本发明涉及 柔性机器人技术领域， 特别是涉及一种气动多自由度二维运动蛇形柔 性机械臂。 背景技术 [0002]航空、 航天、 核能应用等领域是各科技强国重点发展领域， 众多服务于此领域的特 种机器人相继出现。 航空发动机、 飞机油箱、 空间站桁架、 核电站管道等存在着大量的复杂 狭小空间， 对于此类环境下 的任务人工操作难度高、 周期长、 强度大。 这就需要一种能够在 狭小空间内灵活运动的机器人来执行此项任务。 在众多特种机器人中， 衍生出了一类手臂 像蛇一样灵活的特殊机器人， 专门用于执行狭小空间的任务， 这种机器人称为蛇形臂机器 人。 [0003]而现有技术中的蛇形臂机器人大多数采用柔索驱动机械臂的臂体， 如现有专利公 开号为CN102744732A， 名称为一种蛇形机械臂的实用新型专利， 该机械臂的臂体由多个虎 克铰串联构成， 通过柔索 进行驱动。 该结构每个转动副均通过两组柔索 进行驱动， 当其关节 数量较多时需要大量的驱动系统， 同时存在蛇形臂体轮廓曲线连续性较差。 另外， 由于柔索 只能传递拉力， 对于每个转动副， 均需要至少两根柔索驱动， 通过定滑轮进行导向。 如果柔 索松弛， 容易脱落， 运动状态不易控制； 如果柔索保持拉力， 导致另一根柔索必 然增大拉力， 增加了转动副的摩擦力， 不仅影响位姿调整能力， 还增大了控制难度， 降低了效率。 [0004]所以现有技术中的蛇形臂机器人存在采用滑轮对柔索进行导向， 柔索容易从滑轮 上脱落、 导 致蛇形臂机器人运动失败以及控制复杂且驱动系统体积大的问题。 发明内容 [0005]针对现有技术中的上述问题， 本发明提供了一种气动多自由度二维运动蛇形柔性 机械臂， 解决了现有技术中的蛇形臂机器人采用柔索驱动臂体而导致柔索容易脱落和控制 复杂的问题。 [0006]为了达到上述发明目的， 本发明采用的技 术方案如下： [0007]提供了一种气动多自由度二维运动蛇形柔性机械臂， 其包括柔性机械臂本体、 用 于实现柔性机械臂本体伸出与收回的收拢机构和用于实现柔性机械臂本体在竖直方向上 的位置调整的升降机构； [0008]柔性机械臂本体包括多个相互连接的柔性关节组件， 每个柔性关节组件均 包括多 个刚性关节， 两个相邻的刚性关节之间设置有柔 性铰链和驱动元件； 驱动元件为气囊。 [0009]本发明的基本原理为： 两个相邻的刚性关节之间通过柔性铰链连接， 实现两个相 邻刚性关节之间角度 的改变， 而可以通过多个驱动元件改变多个刚性关节之间的相对角 度， 进而实现整个柔性机械臂本体在二维平面上 的弯曲和摆动； 而收拢机构实现了柔性机 械臂本体伸出与收回， 而可以通过升降机构控制蛇形柔性机械臂在竖直方向上 的运动， 补 偿因机蛇形柔性机械臂自重引起的末端在竖直方向上的非期望位移； 实现了整个蛇形柔性说　明　书 1/5 页 3 CN 115256361 A 3