CN109719704A - 一种全柔性双向扭转执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全柔性双向扭转执行器。侧边曲面密封包围连接在上底面、下底面周围之间，使得扭转执行器形成密封的主气室，侧边曲面的每个侧面开有贯通的柱形空腔作为控制气室，每个控制气室均沿对角线倾斜设置，相邻两个侧面的控制气室的倾斜方向相反，每个控制气室内侧壁的厚度大于外侧壁的厚度，四个控制气室在上底面和下底面之间形成四个密封气室，上底面在对应于四个控制气室和主硅胶管通过孔插装连接于主气室，外部气源通过硅胶管控制对应气室的压力。本发明实现顺时针和逆时针方向的扭转，运动灵活，全扭转执行器采用一种全柔性材料制成，制作简单。

Description

一种全柔性双向扭转执行器

技术领域

本发明属于软体机器人运动部件领域，具体涉及一种全柔性双向扭转执行器，用于软体机器人的基本运动模块。

背景技术

硬体机器人在工作时，可能会由于操作失误撞到人类，对人造成伤害。软体机器人采用全柔性执行器制作，由于其在人机交互时的安全性，不会伤害到人类，解决了传统硬体机器人的弊端。而现有的全柔性扭转执行器仅能朝一个固定的方向旋转，不能实现双向扭转，限制了其运动灵活性，针对以上情况，有必要研究一种新型的全柔性双向扭转执行器来解决这些问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供了一种全柔性双向扭转执行器，用于软体机器人的基本运动模块。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包括上底面、下底面和侧边曲面，侧边曲面密封包围连接在上底面、下底面周围之间，使得扭转执行器形成密封的主气室，侧边曲面主要由四个侧面组成，每个侧面开有贯通的柱形空腔作为控制气室，每个控制气室均沿各自侧面的其中一条对角线倾斜设置，相邻两个侧面的控制气室的倾斜方向相反，相对两个侧面的控制气室倾斜方向中心对称，每个控制气室内侧壁的厚度大于外侧壁的厚度，四个控制气室在上底面和下底面之间形成四个密封气室，四个密封气室分别为第一控制气室、第二控制气室、第三控制气室和第四控制气室。

上底面在对应于四个控制气室和主气室的位置上分别开孔，第一硅胶管通过孔插装连接于第一控制气室，第二硅胶管通过孔插装连接于第二控制气室，第三硅胶管通过孔插装连接于第三控制气室，第四硅胶管通过孔插装连接于第四控制气室，主硅胶管通过孔插装连接于主气室，外部气源通过硅胶管控制对应气室的压力。

两个相对的控制气室经外部气源接正压，每个控制气室外侧壁的膨胀变形程度大于内侧壁的膨胀变形程度，控制气室的内侧壁受压使得控制气室朝内侧弯曲变形，相对的两个控制气室的变形使得执行器沿相对的两个控制气室的倾斜方向产生扭转趋势。

外部气源经主硅胶管对主气室抽真空，侧边曲面扭转同时带动上底面和下底面之间的距离变近，使得执行器边旋转边降低高度，外部气源经主硅胶管对主气室充气，侧边曲面反向扭转同时带动上底面和下底面之间的距离变远，使得执行器边旋转边增加高度。

上底面和下底面的四角分别开有小孔，多个全柔性双向扭转执行器通过小孔连接组合。

优选的，外部气源经第一硅胶管、第三硅胶管对第一控制气室与第三控制气室同时接正压，全柔性扭转执行器沿逆时针方向扭转；外部气源经第二硅胶管、第四硅胶管对第二控制气室与第四控制气室同时接正压，全柔性扭转执行器沿顺时针方向扭转。

优选的，上底面、下底面、侧边曲面采用同种硅胶材料浇铸而成。

优选的，上底面尺寸小于下底面尺寸，侧边曲面的外轮廓形状为梯形。

本发明通过对主气室压力的控制实现了执行器的扭转以及直线运动，同时在侧边设置倾斜的控制气室使得执行器扭转更加灵活，顺时针和逆时针方向的扭转更加可控。

本发明的有益效果是：

1)全柔性双向扭转执行器实现顺时针和逆时针方向的扭转，运动更加灵活。

2)扭转执行器采用全柔性材料制作，仅用一种柔性材料，制作简单。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是侧边曲面的结构示意图；

图3是上底面和下底面的结构示意图；

图4是执行器顺时针扭转示意图；

图5是执行器逆时针扭转示意图。

图中：1.上底面，2.侧边曲面，3.下底面，4.第一硅胶管，5.第二硅胶管，6.第三硅胶管，7.第四硅胶管，8.主硅胶管，9.第一控制气室，10.第二控制气室，11.第三控制气室，12.第四控制气室，13.主气室。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，侧边曲面2密封包围连接在上底面1、下底面3周围之间，使得扭转执行器形成密封的主气室13，侧边曲面2主要由四个侧面组成，每个侧面开有贯通的柱形空腔作为控制气室，每个控制气室均沿各自侧面的其中一条对角线倾斜设置，即每个控制气室在侧边曲面2沿顺时针或者逆时针倾斜。相邻两个侧面的控制气室的倾斜方向相反，即沿顺时针或者逆时针方向相反；相对两个侧面的控制气室倾斜方向中心对称，即沿顺时针或者逆时针方向相同。每个控制气室内侧壁的厚度大于外侧壁的厚度，四个控制气室在上底面1和下底面3之间形成四个密封气室，四个控制气室分别为第一控制气室9、第二控制气室10、第三控制气室11和第四控制气室12，由此上底面1、下底面3、侧边曲面2形成五个密封的气室。

如图2、图3所示，上底面1在对应于四个控制气室和主气室13的位置上分别开孔，第一硅胶管4通过孔插装连接于第一控制气室9，第二硅胶管5通过孔插装连接于第二控制气室10，第三硅胶管6通过孔插装连接于第三控制气室11，第四硅胶管7通过孔插装连接于第四控制气室12，主硅胶管8通过孔插装连接于主气室13，外部气源通过硅胶管控制对应气室的压力；上底面1、下底面3、侧边曲面2和所有硅胶管用胶粘在一起。

如图3所示，上底面1和下底面3的四角分别开有小孔，多个全柔性双向扭转执行器或其他柔性运动模块通过小孔连接组合，从而实现更复杂的运动。

相对的两个侧面的控制气室，如第一控制气室9与第三控制气室11，经外部气源接正压，每个控制气室外侧壁的膨胀变形程度大于内侧壁的膨胀变形程度，控制气室的内侧壁受压使得控制气室朝内侧弯曲变形，相对的两个控制气室的变形使得执行器沿相对的两个控制气室的倾斜方向产生扭转趋势。

外部气源经主硅胶管8对主气室13抽真空，侧边曲面2扭转同时带动上底面1和下底面3之间的距离变近，使得执行器边旋转边降低高度，外部气源经主硅胶管8对主气室13充气，侧边曲面2反向扭转同时带动上底面1和下底面3之间的距离变远，使得执行器边旋转边增加高度。

外部气源经第一硅胶管4、第三硅胶管6对第一控制气室9与第三控制气室11同时接正压，全柔性扭转执行器沿逆时针方向扭转；外部气源经第二硅胶管5、第四硅胶管7对第二控制气室10与第四控制气室12同时接正压，全柔性扭转执行器沿顺时针方向扭转，双向扭转使得执行器的运动更加灵活。

具体实施中，上底面1、下底面3、侧边曲面2采用同种硅胶材料浇铸而成。上底面1尺寸小于下底面3尺寸，侧边曲面2的外轮廓形状为梯形。

如图4所示，本发明实现顺时针扭转的实施过程如下：

状态0：第一控制气室9、第二控制气室10、第三控制气室11和第四控制气室12和主气室13均接大气压，执行器不发生变形；

状态1：第二控制气室10和第四控制气室12经硅胶管充入高压气体后膨胀，第二控制气室10和第四控制气室12向执行器内部弯曲变形，由于第二控制气室10和第四控制气室12均倾斜布置，使得整个执行器朝顺时针方向产生扭转的趋势，此时执行器扭转角度较小；

状态2：外部气源经主硅胶管8对主气室13抽真空，侧边曲面2的侧面向内凹陷，高度开始降低，执行器沿着顺时针扭转趋势的方向继续扭转后，约1-2秒后，第二控制气室10和第四控制气室12经硅胶管接大气压，执行器扭转到最大角度；当主气室13的压力变为大气压后，执行器反向扭转，恢复成原来的形状。

如图5所示，本发明实现逆时针扭转的实施过程如下：

状态0：第一控制气室9、第二控制气室10、第三控制气室11和第四控制气室12和主气室13均接大气压，执行器不发生变形；

状态1：第一控制气室9和第三控制气室11经硅胶管充入高压气体后膨胀，第一控制气室9和第三控制气室11向执行器内弯曲变形，由于第一控制气室9和第三控制气室11均倾斜布置，使得整个执行器朝逆时针方向产生扭转的趋势，此时执行器扭转角度较小；

状态2：外部气源经主硅胶管8对主气室13抽真空，侧边曲面2的侧面向内凹陷，高度开始降低，待执行器沿着逆时针扭转趋势的方向继续扭转后，约1-2秒后，第一控制气室9和第三控制气室11经硅胶管接大气压，执行器扭转到最大角度；当主气室13的压力变为大气压后，执行器反向扭转，恢复成原来的形状。

本发明设计了一种全柔性双向扭转执行器，可以实现直线运动和扭转运动的组合，运动更加灵活。在运动灵活性方面比传统的单向扭转执行器有了较大改进，具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种全柔性双向扭转执行器，其特征在于：包括上底面(1)、下底面(3)和侧边曲面(2)，侧边曲面(2)密封包围连接在上底面(1)、下底面(3)周围之间，使得扭转执行器形成密封的主气室(13)，侧边曲面(2)主要由四个侧面组成，每个侧面开有贯通的柱形空腔作为控制气室，每个控制气室均沿各自侧面的其中一条对角线倾斜设置，相邻两个侧面的控制气室的倾斜方向相反，相对两个侧面的控制气室倾斜方向中心对称，且每个控制气室内侧壁的厚度大于外侧壁的厚度，四个控制气室通过上底面(1)和下底面(3)密封均形成四个密封气室，四个密封气室分别为第一控制气室(9)、第二控制气室(10)、第三控制气室(11)和第四控制气室(12)；

上底面(1)在对应于四个控制气室和主气室(13)的位置上分别开孔，第一硅胶管(4)通过孔插装连接于第一控制气室(9)，第二硅胶管(5)通过孔插装连接于第二控制气室(10)，第三硅胶管(6)通过孔插装连接于第三控制气室(11)，第四硅胶管(7)通过孔插装连接于第四控制气室(12)，主硅胶管(8)通过孔插装连接于主气室(13)，外部气源通过硅胶管控制对应气室的压力。

2.根据权利要求1所述的一种全柔性双向扭转执行器，其特征在于：

两侧相对的两个控制气室经外部气源接正压，每个控制气室外侧壁的膨胀变形程度大于内侧壁的膨胀变形程度，使得控制气室的内侧壁受压而带动控制气室朝内侧弯曲变形，进而使得执行器沿该两个控制气室的倾斜方向对应时针产生扭转趋势；

外部气源再经主硅胶管(8)对主气室(13)抽真空，侧边曲面(2)扭转同时带动上底面(1)和下底面(3)之间的距离变近，使得执行器边旋转边降低高度，外部气源经主硅胶管(8)对主气室(13)充气，侧边曲面(2)反向扭转同时带动上底面(1)和下底面(3)之间的距离变远，使得执行器边旋转边增加高度。

3.根据权利要求1所述的一种全柔性双向扭转执行器，其特征在于：所述的上底面(1)和下底面(3)的四角分别开有小孔，多个全柔性双向扭转执行器通过小孔连接组合。

4.根据权利要求1所述的一种全柔性双向扭转执行器，其特征在于：外部气源经第一硅胶管(4)、第三硅胶管(6)对第一控制气室(9)与第三控制气室(11)同时接正压，全柔性扭转执行器沿逆时针方向扭转；外部气源经第二硅胶管(5)、第四硅胶管(7)对第二控制气室(10)与第四控制气室(12)同时接正压，全柔性扭转执行器沿顺时针方向扭转。

5.根据权利要求1所述的一种全柔性双向扭转执行器，其特征在于：所述的上底面(1)、下底面(3)、侧边曲面(2)采用同种硅胶材料浇铸而成。

6.根据权利要求1所述的一种全柔性双向扭转执行器，其特征在于：所述的上底面(1)尺寸小于下底面(3)尺寸，侧边曲面(2)的外轮廓形状为梯形。