本發明屬于機器人領域，特別涉及一種機械臂。

背景技術：

1962年，由美國Unimation公司設計生產的第一臺工業機器人Unimate在通用汽車公司投入使用，標志著第一代機器人的誕生。隨后的幾十年里，隨著計算機技術、制造技術、傳感器、控制技術的發展，機器人的性能在大幅度提高，深入到人類的多個領域，在今后機器人將繼續沿著橫向和縱向發展。橫向上，應用的范圍越來越廣。從空間上看機器人正從地面向太空、深海、地下擴展，從各個領域上講，機器人將深入到工業、軍事、航空、娛樂、服務；縱向上，機器人的種類將越來越多。微型機器人將會成為機器人的新秀，它能進入人體直接對細胞、病毒進行操作。總之，機器人將會變得更加智能，對人類的貢獻越來越大。

機械臂是機器人的一種，傳統的機械臂均為剛性連桿組成，通常有串聯、并聯或串并混聯三種結構。這類機械臂的特點是具有離散關節和剛性連接，還有一類基于章魚臂、象鼻等生物器官仿生的連續體機械臂。由于連續體機械臂可在任意部位產生柔性變形，所以具有很強的避障能力，能夠更好的適應非結構環境，更好的抓取不規則物體。這類機械臂既可以像傳統機械臂那樣在末端裝上夾持裝置抓取物體，也可以利用機械臂本身卷起物體。從這類機械臂的結構上看，其功能強大，具有良好的柔順性和適應性；從這類機器人的應用角度看，這些機械臂的操作對象往往是一些柔軟、脆弱且有生命的目標，而傳統的機械臂則不容易做到。

1995年，Immega等設計制作的KSI觸手型機械手，該機械手主要有氣囊、伺服電機、6根繩索組成，采用柔繩和氣體混合驅動；2001年，Hannan和Walker等人研發了超冗余度象鼻型機器人，該機器人由16個2自由度U型關節組成,總長82.32cm,可被分為長度不等的4個部分,其中每個部分包括4個關節。每個關節由繩索與彈簧混合實現混合控制；2003年,Peirs等人研制了一種用于內窺鏡機器人外科手術的柔性彎曲關節段。該連續機器人由微機電超彈性NiTi合金管構成,采用4根肌腱驅動,具有2個自由度,可在任意反方向彎曲90度；2007年,Harada等人研制了一種可彎曲的激光操作手,該操作手最大直徑2.4mm,可向任意方向彎曲,最大彎曲角度為90度；2011年,德國費斯托公司研制根據大象鼻子的特點設計出來的新型仿生機器處理系統“仿生操作助手”,它可以平穩地搬運重負載,原理在于它的每一節椎骨可以通過氣囊的壓縮和充氣進行擴展和收縮；2014年，中國專利CN203804991U,公開了一種彈簧線控柔性象鼻機械臂，該實用新型包括安裝在機座上的多段串聯的關節，其中串聯的關節中第一關節的一端固定在機座上，第一關節的另一端和第二關節的一端固定連接在一起，其后依次類推，機座上固定有彈性支柱和驅動單元，驅動單元上有驅動彈簧，所述串聯關節固定在彈性支柱上，并且驅動彈簧穿過串聯關節。

以上所提到的這些類柔性機械臂按照驅動方式劃分，可以分為三類：內驅動型、外驅動型和混合型。內驅動型一般采用波紋管內充流體驅動的方式，外驅動型采用輕質連續體加遠程驅動的方式,混合型驅動是綜合采納了內、外兩種驅動的混合方案。外驅動或混合驅動型方案中的輕質連續體的可能用彈性桿作為脊椎或用圓柱彈簧實現無脊椎。目前，這些類機械臂在機構類型或驅動方式上大多為并聯的形式，在理論分析和樣機研制上難度較大；還有一些串聯的柔性機械臂構型，其主體是以剛性構件組成。在某些應用場合，我們需要一種結構形式簡單，質量輕，理論工作量小，又足夠柔軟的串聯柔性機械臂。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種結構簡單、質量輕、柔軟度好、能夠實現多個方向的彎曲運動的氣動串聯的柔性機械臂。

本發明包括機座、執行裝置以及連接它們的由多個結構相同尺寸遞減的驅動單元依次串聯組成的柔性機械臂，機械臂外設有柔性防護罩，驅動單元的大小從機座到執行裝置依次按10％的比例縮減，由兩個驅動單元串聯組成的機械臂為兩級機械臂，根據使用要求可以衍生出三級機械臂，四級機械臂乃至多級機械臂，通過每一級驅動單元的各自運動來實現整個機械臂的復雜運動；所述的驅動單元包括兩組扇形氣囊、T形連接架、連接件和氣動管，所述一組扇形氣囊包括兩個折疊式的扇形氣囊，每一個的根部為四分之一半圓弧，一組中兩個扇形氣囊相對的一側分別與T形連接架平行的部分固連，其另一側均設有通氣接口，該通氣接口分別插入與主視近似Ω形的連接件的平面部分的通孔，并與連接件固連，該通氣接口與氣動管的一端連接，所有氣動管的另一端均連接到機座中對應的控制元件上；兩組的扇形氣囊通過T形連接架和連接件相錯連接成十字布置；各驅動單元均通過T形連接架和連接件相錯連接；每組扇形氣囊負責一個方向的擺動，兩組扇形氣囊分別擺動形成空間的兩自由度運動，通過每個扇形氣囊的協同充放氣過程可以實現單個驅動單元的彎曲變換，多個驅動單元的協同配合實現整個機械臂的彎曲運動。

所述的扇形氣囊的材質為聚酰胺塑料，所述連接件和T形連接架的材質均為硬質塑料。

本發明與現有技術相比具有如下優點：結構簡單，質量輕，柔軟度好，在與人交互的過程中安全性高。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意簡圖。

圖2為本發明的整體示意簡圖。

圖3為本發明驅動單元的結構示意簡圖。

圖4為本發明驅動單元一組扇形氣囊的示意簡圖。

圖中：1-第一級驅動單元、2-第二級驅動單元、3-第三級驅動單元、4-第四級驅動單元、5-第五級驅動單元、6-手爪、7-機座、8-防護罩、9-T形連接架、10-扇形氣囊、11-螺釘、12-連接件、13-氣動管。

具體實施方式

在圖1和圖2所示的氣動串聯的柔性機械臂示意圖中，由第一級驅動單元1、第二級驅動單元2、第三級驅動單元3、第四級驅動單元4、第五級驅動單元5五級結構相同，尺寸遞減的驅動單元依次串聯組成機械臂，驅動單元的大小從機座到執行裝置依次按10％的比例縮減，機械臂外設有波紋管式的柔性防護罩8，機械臂的一端與機座7連接，其另一端與手爪6連接；根據使用要求可以衍生出更多級驅動單元的機械臂，通過每一級驅動單元的各自運動來實現整個機械臂的復雜運動；

如圖3所示，所述的驅動單元包括兩組扇形氣囊、T形連接架、連接件和氣動管，所述一組扇形氣囊包括兩個折疊式的扇形氣囊10，每一個的根部為四分之一半圓弧，一組中兩個扇形氣囊相對的一側分別與T形連接架9平行的部分以粘合劑固連，其另一側均設有通氣接口，該通氣接口分別插入與主視近似Ω形的連接件12的平面部分的通孔，通氣接口與連接件通過粘合劑固連，該通氣接口與氣動管13的一端連接，所有氣動管的另一端均連接到機座中對應的控制元件上，用以實現每個扇形氣囊的充放氣控制；兩組的扇形氣囊通過T形連接架9和連接件12相錯連接成十字布置；各驅動單元均通過T形連接架和連接件相錯連接。

如圖4所示，每組扇形氣囊負責一個方向的擺動，左邊的扇形氣囊充氣，右邊的扇形氣囊放氣，則帶動T形連接架向右擺動，反之，T形連接架則向左擺動，從而帶動連接在T形連接架上的另一組扇形氣囊往復擺動，兩組扇形氣囊分別擺動形成空間的兩自由度運動，通過每個扇形氣囊的協同充放氣過程可以實現單個驅動單元的彎曲變換，實施例中的機械臂的五級驅動單元協同運動便能實現整個機械臂的復雜運動。

所述的扇形氣囊的材質為聚酰胺塑料；所述連接件和T形連接架的材質均為硬質塑料。