一种带全向关节的柔性机械臂臂节和机器人的制作方法

本发明涉及机器人，特别是涉及一种带全向关节的柔性机械臂臂节和机器人。

背景技术：

1、随着机器人行业的快速发展，机械臂已经由传统的刚性机械臂发展为柔性机械臂。柔性机械臂通常具有柔性臂节，柔性臂节内部具有柔性单元，柔性单元可以实现刚性件之间的柔性连接，使得柔性机械臂具有一定的缓冲性能；相较于刚性机械臂，柔性机械臂对周围的生物体或物品造成机械性破坏和伤害的概率更低，安全性更高，已广泛应用于多个领域。

2、相关技术中的柔性机械臂，其柔性臂节中的多个柔性单元，在柔性臂节的横截面方向上呈环形分布。由于每个柔性单元的输出力矩的大小与该柔性单元的直径呈正相关，而呈环形分布的每个柔性单元的直径均较小，使得柔性臂节的输出力矩也相应较小，进而导致柔性机械臂的整体输出力矩小。可见，现有柔性机械臂只能应用于较小输出力矩的应用场景，无法适用于较大输出力矩的应用场景，其应用场景受到极大限制，不利用自动化生产应用。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种带全向关节的柔性机械臂臂节和机器人，以增大柔性机械臂的整体输出力矩，使得柔性机械臂可以适用于较大输出力矩的应用场景。具体技术方案如下：

2、本技术第一方面的实施例提出了一种带全向关节的柔性机械臂臂节，包括在第一方向上依次设置的柔性驱动模组、姿态调整模组和输出连接件；所述柔性驱动模组，包括：支撑固定组件和至少两个柔性单元；所述支撑固定组件包括支撑座；全部所述柔性单元，位于所述支撑座远离所述输出连接件的一侧，并在所述第一方向上依次间隔设置；每一所述柔性单元，其第一端与所述支撑座固定连接，其第二端能够沿所述第一方向移动；当所述柔性单元的数量为至少三个，所述姿态调整模组具有输入端和输出端时，所述输入端和所述输出端的数量与所述柔性单元的数量相同，所有所述输入端与所有所述柔性单元的第二端一一对应连接，所有所述输出端分别与所述输出连接件连接，以使所述输出连接件能够在所述柔性驱动模组和所述姿态调整模组的带动下进行具备主被动柔性的全向转动；或，当所述柔性单元的数量为两个，所述姿态调整模组具有两个输入端、两个输出端、一个第一固定端和一个第二固定端时，所述两个输入端与两个所述柔性单元的第二端一一对应连接，所述第一固定端与所述支撑座连接，所述第二固定端和所述两个输出端均与所述输出连接件连接，以使所述输出连接件能够在所述柔性驱动模组和所述姿态调整模组的带动下进行具备主被动柔性的全向转动。

3、在本技术的一些实施例中，所述支撑固定组件包括：多个间隔设置的导向轴；每一所述导向轴的一端固定于所述支撑座，另一端从所述支撑座，沿所述第一方向向远离所述输出连接件的方向延伸；

4、每一所述柔性单元，其第一端与所述导向轴固定连接，其第二端与所述导向轴滑动连接。

5、在本技术的一些实施例中，所述柔性单元，为堆叠结构流体致动器，包括：筒状且呈堆叠结构的柔性侧壁和两个端面，所述柔性侧壁与所述两个端面共同围合形成具有中心轴线的筒状腔体，应变均布在能够沿所述中心轴线的方向伸缩的应变均布堆叠结构上；改变所述筒状腔体的内外压差能够驱动所述应变均布堆叠结构折叠或伸展，同时使得所述两个端面相对移动；

6、所述应变均布堆叠结构，由两个或两个以上应变均布堆叠层沿所述中心轴线堆叠而成，使得整个所述柔性侧壁的应变均布于各应变均布堆叠层；

7、所述应变均布堆叠层由两个所述折叠面围合而成，相邻两个所述折叠面的连接处形成折痕，所述折痕位于垂直于所述中心轴线的折痕面内，初始状态下所述折痕面为平面，所述应变均布堆叠结构折叠或伸展时，所述折痕面沿所述中心轴线均匀的相互靠近或远离而不发生变形，且不发生相对的扭转，也不发生相对的偏转。

8、在本技术的一些实施例中，当所述柔性单元的数量为至少三个，所述姿态调整模组具有输入端和输出端时，所述姿态调整模组包括：传动组件；所述传动组件和所述柔性单元的数量相同，每一所述传动组件，具有一个所述输入端和一个所述输出端；

9、当所述柔性单元的数量为两个，所述姿态调整模组具有两个输入端、两个输出端、一个第一固定端和一个第二固定端时，所述姿态调整模组包括：两个传动组件和一个连接固定组件；每一所述传动组件，具有一个所述输入端和一个所述输出端；所述连接固定组件，具有一个所述第一固定端和一个所述第二固定端。

10、在本技术的一些实施例中，所述传动组件包括：第一关节轴承、推杆和第一铰链结构；

11、所述推杆，其第一端为所述输入端，位于所述支撑座远离所述输出连接件的一侧，并与所述柔性单元的第二端连接；其第二端从所述支撑座远离所述输出连接件的一侧，沿所述第一方向延伸，并穿过所述支撑座，延伸至所述支撑座靠近所述输出连接件的一侧，并通过所述第一关节轴承与所述第一铰链结构的第一端连接；

12、所述第一铰链结构的第二端，为所述输出端，与所述输出连接件连接。

13、在本技术的一些实施例中，当所述柔性单元的数量为至少三个，所述姿态调整模组具有输入端和输出端时；所述姿态调整模组还包括：连接固定组件；

14、所述连接固定组件包括固定杆和摆杆；所述固定杆，其第一端与所述支撑座连接，其第二端为自由端；所述摆杆，其第一端与所述固定杆的侧面转动连接，其第二端与所述第一关节轴承固定连接；

15、或，所述连接固定组件包括固定杆和第二铰链结构；所述固定杆，其第一端与所述支撑座连接，其第二端与所述第二铰链结构的第一端连接；所述第二铰链结构的第二端，与所述输出连接件连接；

16、或，所述连接固定组件包括固定杆、第二铰链结构和摆杆；所述固定杆，其第一端与所述支撑座连接，其第二端与所述第二铰链结构的第一端连接；所述第二铰链结构的第二端，与所述输出连接件连接；所述摆杆，其第一端与所述固定杆的侧面转动连接，其第二端与所述第一关节轴承固定连接。

17、在本技术的一些实施例中，所述连接固定组件包括：固定杆、摆杆和第二铰链结构；

18、所述固定杆，其第一端为所述第一固定端，与所述支撑座连接，其第二端与所述第二铰链结构的第一端连接；

19、所述第二铰链结构的第二端，为所述第二固定端，与所述输出连接件连接；

20、所述摆杆，其第一端与所述固定杆的侧面转动连接，其第二端与所述第一关节轴承固定连接。

21、在本技术的一些实施例中，当所述柔性单元的数量为至少三个，所述姿态调整模组具有输入端和输出端时；所述姿态调整模组还包括连接固定组件；

22、所述传动组件包括：第二关节轴承、第三关节轴承、推杆和第一铰链结构；

23、所述推杆，其第一端为所述输入端，位于所述支撑座远离所述输出连接件的一侧，并与所述柔性单元的第二端连接；其第二端从所述支撑座远离所述输出连接件的一侧，沿所述第一方向延伸，并穿过所述支撑座，延伸至所述支撑座靠近所述输出连接件的一侧，且通过所述第二关节轴承与所述第三关节轴承连接；

24、所述第三关节轴承，与所述第一铰链结构的第一端连接；

25、所述第一铰链结构的第二端，为所述输出端，与所述输出连接件连接；

26、所述连接固定组件包括：固定杆、摆杆和第二铰链结构；

27、所述固定杆，其第一端与所述支撑座连接，其第二端与所述第二铰链结构的第一端连接；

28、所述第二铰链结构的第二端，与所述输出连接件连接；

29、所述摆杆，其第一端与所述固定杆的侧面转动连接，其第二端与所述第二关节轴承和所述第三关节轴承固定连接。

30、在本技术的一些实施例中，当所述连接固定组件包括摆杆时，所述带全向关节的柔性机械臂臂节还包括：角度传感器；

31、所述角度传感器设置于所述固定杆与所述摆杆之间，用于获取所述摆杆的摆动角度数据。

32、本技术第二方面的实施例提出了一种机器人，包括第一方面任一实施例的带全向关节的柔性机械臂臂节。

33、本发明实施例有益效果：

34、本技术实施例的带全向关节的柔性机械臂臂节，包括在第一方向上依次设置的柔性驱动模组、姿态调整模组和输出连接件，其中，柔性驱动模组包括支撑固定组件和柔性单元；每一柔性单元，其第一端与支撑固定组件的支撑座固定连接，其第二端能够沿第一方向移动。当柔性单元的数量为至少三个，姿态调整模组具有输入端和输出端时，输入端和输出端的数量与柔性单元的数量相同，所有输入端与所有柔性单元的第二端一一对应连接，所有输出端分别与输出连接件连接；或，当柔性单元的数量为两个，姿态调整模组具有两个输入端、两个输出端、一个第一固定端和一个第二固定端时，两个输入端与两个柔性单元的第二端一一对应连接，第一固定端与支撑座连接，第二固定端和两个输出端均与输出连接件连接。全部柔性单元，在第一方向上依次间隔设置，相邻两个柔性单元之间的间隔为柔性单元的第二端提供活动空间；柔性单元的第二端能够沿第一方向移动，以带动姿态调整模组运动，姿态调整模组与输出连接件存在至少三点连接，以确定输出连接件的姿态；通过控制不同柔性单元的在第一方向上的移动距离，实现输出连接件的姿态调整，以使输出连接件能够在柔性驱动模组和姿态调整模组的带动下进行具备主被动柔性的全向转动。

35、相较于相关技术中多个柔性单元在柔性臂节的横截面(径向)方向上呈环形分布的方案，本技术实施例的带全向关节的柔性机械臂臂节，在实现现有柔性臂节所有功能的同时，全部柔性单元位于支撑座远离输出连接件的一侧，并在第一方向(柔性机械臂臂节的轴向)上依次间隔设置，即全部柔性单元在第一方向上呈线型布置，使得在柔性机械臂臂节横截面方向上仅布置有一个柔性单元。在柔性机械臂臂节的直径大小不变的情况下，在柔性机械臂臂节横截面方向上布置的柔性单元的数量越少，单个柔性单元的直径就可以做到越大。本技术实施例中，在柔性机械臂臂节在其横截面方向上仅布置有一个柔性单元，使得单个柔性单元在柔性机械臂臂节横截面方向上占用的空间达到了最大，即增大了单个柔性单元的直径，从而使得单个柔性单元的输出力矩比相关技术中的单个柔性单元的输出力矩增大，进而使得柔性机械臂臂节的整体输出力矩比相关技术中的柔性臂节的整体输出力矩也相应增大，而包括柔性机械臂臂节的柔性机械臂，其整体输出力矩比相关技术中的柔性机械臂的整体输出力矩也相应增大，可以适用于较大输出力矩的应用场景，增加了柔性机械臂的应用场景。

36、本技术实施例的机器人，包括第一方面任一实施例的带全向关节的柔性机械臂臂节，柔性机械臂臂节的整体输出力矩增大，包括本技术实施例的柔性机械臂臂节的机器人，其柔性机械臂的整体输出力矩也相应增大，可以适用于较大输出力矩的应用场景，增加了机器人的应用场景。

37、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。