[0001] 本发明涉及可穿戴机器人技术领域，尤其涉及一种气绳混合驱动型柔性机械臂。

[0002] 随着科学技术的不断发展，刚性机器人装置已广泛应用到社会生产活动中。被大家所熟知的是应用于制造业中的工业机器人，其不仅减轻了劳动力，还提高了工作效率。但机械臂刚性结构的特性导致其灵活性较差，无法在复杂多变的环境中正常工作，如探测救灾、核能危险处理、空间任务等环境。机械臂若要应用到上述工程领域中，需要满足机器与环境之间的安全交互、安全的人机交互、高灵活性以及智能性等要求。

[0003] 柔性机械臂能够解决上述问题，被大家所熟知的柔性机械臂是各种仿生蛇型机械臂，这种机械臂大多采用驱动绳驱动或者记忆合金丝驱动，能够灵活的实现旋转弯曲等动作，适用于管道作业、腹腔手术等狭窄复杂的工作环境，但是绳驱动蛇形机械臂其关节刚度较差，导致其在末端施加负载的情况下会出现较大的偏移与摆动，并且，上述蛇形机械臂整体仍然采用刚性零件搭建，可能给作业目标或者操作者带来损伤；针对绳驱动机械臂缺陷，研究者仿照章鱼、象鼻等生物结构设计出由柔性气囊驱动的气动机械臂，这种机械臂整体采用具有弹性的柔性材料制作，在气压的驱动下完成工作，并且能够根据气压的大小调整机械臂刚度。但是，由于气动材料弹性存在变形过程机理复杂并且变形响应时间长的问题，使得其控制模型难以准确解析，控制精度较差，目前气动驱动机械臂大多处于研发测试阶段，难以用于实际生产作业。

[0012] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

[0013] 应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。

[0014] 如图1所示，本发明公开了一种气绳混合驱动型柔性机械臂，包括M个骨骼关节、M‑1个连接模块、N根驱动绳、以及驱动模块，M为大于等于1的自然数，N为大于等于3的自然数；
所述骨骼关节包含顶座、第一至第四连接件、约束件、底座、以及P个支撑体，P为大于等于3的自然数；
所述支撑体呈空心圆管状，采用弹性材料制成，其上设有气口，由其内气压控制其刚度；
如图2所示，所述第一至第四连接件结构相同，均包含第一至第二单耳铰链座、第一至第二双耳铰链座、基座、以及N个导向耳片；
所述基座呈圆环状；所述第一单耳铰链座、第二单耳铰链座对称设置在所述基座
的一个端面上，相互平行；第一双耳铰链座、第二双耳铰链座对称设置在所述基座的另一个端面上，相互平行；且第一单耳铰链座、第二单耳铰链座之间的连线和第一双耳铰链座、第二双耳铰链座之间的连线在基座的中心处相互垂直；
所述N个导向耳片周向均匀设置在所述基座的外壁上，均和所述基座的中截面共
面，且导向耳片的中心均设有供所述驱动绳穿过的通孔；
如图3所示，所述顶座包含第一连接盘、以及第三至第四双耳铰链座；
所述第一连接盘呈圆环状；所述第三双耳铰链座、第四双耳铰链座对称设置在第
一连接盘的一个端面上，相互平行，且第三双耳铰链座、第四双耳铰链座的连线经过第一连接盘的中心；
所述第一连接盘在第三双耳铰链座、第四双耳铰链座的外侧周向均匀设有第一至
第四螺纹通孔；
所述第一连接盘在第三双耳铰链座、第四双耳铰链座的外侧还周向均匀设有N个
和所述驱动绳一一对应的第一驱动限位通孔；
所述第一连接盘在所述N个第一驱动限位通孔外侧周向均匀设有P个和所述支撑
体一一对应的调节限位通孔；
如图4所示，所述底座包含第二连接盘、以及第三至第四单耳铰链座；
所述第二连接盘呈圆环状；所述第三单耳铰链座、第四单耳铰链座对称设置在第
二连接盘的一个端面上，相互平行，且第三单耳铰链座、第四单耳铰链座的连线经过第二连接盘的中心；
所述第二连接盘在第三单耳铰链座、第四单耳铰链座的外侧周向均匀设有第五至
第八螺纹通孔；
所述第一连接盘在第三单耳铰链座、第四单耳铰链座的外侧还周向均匀设有N个
和所述驱动绳一一对应的第二驱动限位通孔；
所述第一连接盘在第三单耳铰链座所在的端面上周向均匀设有P个位于所述N个
第二驱动限位通孔外侧的、和所述支撑体一一对应的调节限位盲孔；
如图5所示，所述约束件包含第三连接盘、第五至第六单耳铰链座、以及第五至第六双耳铰链座；
所述第三连接盘呈圆环状，其外壁上周向均匀设有P个和所述支撑体一一对应的
呈柱面状的弧形凹槽；
所述第五单耳铰链座、第六单耳铰链座对称设置在所述第三连接盘的一个端面
上，相互平行；第五双耳铰链座、第六双耳铰链座对称设置在所述第三连接盘的第二端面上，相互平行，且第五单耳铰链座、第六单耳铰链座之间的连线和第五双耳铰链座、第六双耳铰链座之间的连线在第三连接盘的中心处相互垂直；
所述第三连接盘在第五单耳铰链座、第六单耳铰链座的外侧还周向均匀设有N个
和所述驱动绳一一对应的第三驱动限位通孔；
如图6所示，所述顶座的第三双耳铰链座、第四双耳铰链座分别和所述第一连接件的第一单耳铰链座、第二单耳铰链座对应铰接；第一连接件的第一双耳铰链座、第二双耳铰链座分别和第二连接件的第一单耳铰链座、第二单耳铰链座对应铰接；第二连接件的第一双耳铰链座、第二双耳铰链座分别和约束件的第五单耳铰链座、第六单耳铰链座对应铰接；
约束件的第五双耳铰链座、第六双耳铰链座分别和第三连接件的第一双耳铰链座、第二双耳铰链座对应铰接；第三连接件的第一双耳铰链座、第二双耳铰链座分别和第四连接件的第一单耳铰链座、第二单耳铰链座对应铰接；第四连接件的第一双耳铰链座、第二双耳铰链座分别和底座的第三单耳铰链座、第四单耳铰链座对应铰接；
如图7所示，所述P个支撑体均一端和所述底座上其对应的调节限位盲孔底部胶粘
固连，另一端穿过顶座上其对应的调节限位通孔，且支撑体还和约束件上其对应的弧形凹槽相配合，所述底座上与支撑体对应的调节纤维盲孔、顶座上与支撑体对应的调节限位通孔以及所述约束件上与支撑体对应的弧形凹槽共同约束所述支撑体，使得所述支撑体位置不会发生偏移，保证气绳混合驱动型柔性机械臂控制精度；
所述连接模块包含第一至第四固定螺柱；
所述M个骨骼关节通过M‑1个连接模块依次相连；第i个连接模块的第一至第四螺
柱两端分别和第i个骨骼关节的底座第五至第八螺纹通孔、第i+1个骨骼关节的顶座的第一至第四螺纹通孔螺纹固连，使得第i+1个骨骼关节的P个支撑体和第i个骨骼关节的顶座之间留有空隙，所述第i+1个骨骼关节的P个支撑体在穿过第i+1个骨骼关节顶座调节限位通孔之后不会被所述第i个骨骼关节的底座限制其伸长；i为大于等于1小于等于M‑1的自然数；
如图8所示，所述驱动模块包含安装板、排线板、若干连接杆、N个驱动单元、以及M*P个电磁阀；
所述若干连接杆设置在安装板、排线板之间，均一端和安装板垂直固连，另一端和排线板垂直固连，使得排线板和安装板平行设置；
所述N个驱动单元设置在所述安装板上，均包含驱动电机、联轴器、第一至第二轴承、第一至第三支座、以及绕线轮，其中，所述第一支座、第二支座、第三支座均固定在所述安装板上，其上均设有安装孔；所述第一轴承设置在第一支座的安装孔内，外圈和第一支座固连；第二轴承设置在第二支座的安装孔内，外圈和第二支座固连；所述绕线轮的转轴一端和所述第二轴承的内圈同轴固连，另一端从第一轴承的内圈伸出且和第一轴承的内圈同轴固连；所述驱动电机固定在所述第三支座上，其输出轴通过所述联轴器和所述绕线轮的转轴靠近第二支座的一端同轴固连；
所述排线板上设有N个和所述驱动单元的绕线轮一一对应的进线通孔；
所述电磁阀采用二位三通电气比例阀，其P口作为供气通口，A口作为输出通口，T口作为排气通口；
所述M*P个电磁阀均固定在所述安装板上，P口均通过柔性管道接外界气源，T口均通过柔性管道和外界空气联通；所述M*P个电磁阀的A口分别通过柔性管道和所述M个骨骼关节的P个支撑体的气口一一对应联通；
如图9所示，所述驱动绳均采用鲍登线，N根驱动绳和N个驱动单元、N个进线通孔一一对应，其中，第j根驱动绳的套索一端和其对应的驱动单元的绕线轮固连，另一端穿过其对应的进线通孔后依次穿过各个骨骼关节中底座上第j个第二驱动限位通孔、第四连接件上第j个导向耳片上的通孔、第三连接件上第j个导向耳片上的通孔、约束件上第j个第三驱动限位通孔、第二连接件上第j个导向耳片上的通孔、第一连接件上第j个导向耳片上的通孔、顶座上第j个第一驱动限位通孔，最后和第1个骨骼关节的顶座的第j个第一驱动限位通孔固连；第j根驱动绳的套管一端和所述排线板在其对应的进线通孔处固连，另一端和所述第M个骨骼关节的底座的第j个第二驱动限位通孔固连；j为大于等于1小于等于M*P的自然数。

[0015] 驱动绳套管具有引导所述驱动绳套索的作用，使得骨骼关节与驱动模块之间的相对位置不需要固定，相较于传统刚性固定连接，装置安装方式更加灵活。

[0016] 如图10所示，所述支撑体的外壁上还设有第一纤维绳、第二纤维绳；所述第一纤维绳、第二纤维绳结构相同，以双螺旋的方式缠绕在支撑体的外壁上，缠绕方向相反，且第一纤维绳的两端和第二纤维绳的两端对应固连，第一纤维绳、第二纤维绳共同作用限制所述支撑体径向膨胀，提高了所述支撑体可控性。

[0017] M优先取4，N优先取4，P优先取12。

[0018] 图11是本发明的一个应用实例示意图，图中通过可穿戴设备将本发明固定在人体身上，并在机械臂的顶端添加末端执行机构，能够辅助人们进行很多活动。

[0019] 本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0020] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。