CN109794946A - 一种并列式多单元软体驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并列式多单元软体驱动器，包括软体气囊、拉线驱动器、固定架和设置在软体气囊上的弯曲驱动单元，所述拉线驱动器、软体气囊分别固定在固定架的上、下两端，所述软体气囊内设有若干个空腔，各个空腔之间设有柔性带，所述空腔内填充有气体，所述弯曲驱动单元包括若干个导线块和拉线，所述拉线依次穿过导线块并与拉线驱动器连接，所述固定架上端设有压力平衡管，所述压力平衡管两端分别与不同的空腔连通。与传统软体驱动器相比，本发明输入较小的外部力来打破各腔体内部的压力平衡状态，便可以实现相对较大曲率的变化，显著地提高了软体驱动器能量利用效率；并且，本发明中利用拉线牵引软体驱动器，可实现更为精准的控制。

Description

一种并列式多单元软体驱动器

技术领域

本发明属于软体机器人领域，具体涉及一种并列式多单元软体驱动器。

背景技术

随着仿生学、材料学、机器人技术和控制技术等学科和技术的发展，软体机器人成为了热门研究方向。软体机器人是一种新型柔软机器人，由于能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全，在工业制造、检测探测、生物医疗等领域有着广阔的应用前景。

但是，就目前而言，软体机器人的驱动方式是研究软体机器人的重要难点。现有的软体驱动器驱动方式有压力驱动、介电弹性驱动、形状记忆合金驱动、磁性驱动等方式，其中压力驱动由于可以输出较大的力，是极其可能实现工业应用的一种驱动方式之一。压力驱动主要为气动驱动，现有的软体气动驱动器需要配备较多气动管线和压力调节阀，通过管线持续向软体驱动器内部供气，同时配合复杂的压力和流量控制方法，使得此类软体驱动器能量利用率低，且变得复杂且不实用，而且，这些软体驱动器靠控制压力大小控制驱动器的动作执行，难以做到精确控制，限制了软体驱动器的应用和发展。

发明内容

为了解决现有技术中软体驱动器能量利用率低，控制复杂的问题，本发明提供了一种并列式多单元软体驱动器。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种并列式多单元软体驱动器，包括软体气囊、拉线驱动器、固定架和设置在软体气囊上的弯曲驱动单元，所述拉线驱动器、软体气囊分别固定在固定架的上、下两端，所述软体气囊内设有若干个空腔，各个空腔之间设有柔性带，所述空腔内填充有气体，所述弯曲驱动单元包括若干个导线块和拉线，所述拉线依次穿过导线块并与拉线驱动器连接，所述固定架上端设有压力平衡管，所述压力平衡管两端分别与不同的空腔连通。

进一步的技术方案是，所述空腔的个数为两个，两个空腔的外表面上均设有弯曲驱动单元，所述压力平衡管两端分别与两个的空腔连通。

进一步的技术方案是，所述空腔包括一个中心空腔和三个外侧空腔，三个外侧空腔均布在中心空腔四周，所述压力平衡管的个数为三个，每个压力平衡管两端分别与中心空腔、外侧空腔连通，三个外侧空腔的外表面上均设有弯曲驱动单元。

进一步的技术方案是，所述弯曲驱动单元包括四个导线块和拉线，四个导线块轴向均布在软体气囊上。

进一步的技术方案是，所述拉线驱动器为电动驱动器。

进一步的技术方案是，所述拉线驱动器为气动驱动器。

本发明的有益效果：本发明提供的一种并列式多单元软体驱动器，把软体气囊内部腔体相连，拉线驱动器拉动拉线后，软体气囊曲率变化的同时，内部腔体会出现扩展腔和压缩腔，压缩腔受压后体积减小，其内部压力气体通过压力平衡通道进入到扩展腔体，促进扩展腔的扩展，从而提高软体驱动器的驱动效果。

与传统软体驱动器相比，本发明输入较小的外部力来打破各腔体内部的压力平衡状态，便可以实现相对较大曲率的变化，显著地提高了软体驱动器能量利用效率；并且，本发明中利用拉线牵引软体驱动器，可实现更为精准的控制；变换软体气囊内部腔体的排布形式，将多个软体驱动器进行组合使用，都将拓展出本发明的更为广泛的应用。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的截面结构示意图；

图3为实施例1的弯曲示意图；

图4为实施例2的结构示意图；

图5为实施例2的截面结构示意图；

图6为实施例2的弯曲示意图。

图中所示：1-软体气囊、2-拉线、3-拉线驱动器、4-压力平衡管、5-固定架、6-柔性带。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1-3所示，本发明的一种并列式多单元软体驱动器，包括由硅胶、橡胶等具有较好弹性的材料制成的软体气囊1、拉线驱动器3、固定架5、弯曲驱动单元、压力平衡管4、柔性带6，所述拉线驱动器3、软体气囊1分别固定在固定架5的上、下两端，所述软体气囊1内设有两个空腔分别为腔体A和腔体 B，腔体A与腔体B之间通过压力平衡管4连通，腔体A与腔体B通过柔性带6 连接成一体，所述空腔内填充有气体，所述弯曲驱动单元包括若四个导线块和拉线2，所述拉线2依次穿过四个导线块并与拉线驱动器3连接，所述固定架5 上端设有压力平衡管4，所述压力平衡管4两端分别与不同的空腔连通。

如图3所示，本发明的弯曲过程是：通过拉线驱动器3拉动拉线2，软体气囊1受力后曲率发生改变，拉线驱动器3放松拉线2后，软体气囊1会在自身弹性和内部预填压力气体的共同作用下恢复到初始位置；其具体如下：

如图3(a)所示：将腔体A和腔体B预充入压力气体，使得腔体A内部压力P_A等于腔体B内部压力P_B,此时软体气囊内部压强保持平衡状态；

如图3(b)所示，拉线驱动器3逆时针旋转一个角度拉动软体气囊1的右侧拉线2，软体气囊1曲率发生改变后，腔体A为扩展腔，腔体B为压缩腔，腔体 A扩展后体积增大，腔体B压缩后体积减小，则腔体B中的气体会通过压力平衡管4进入到腔A，促进腔体B的扩展，提高软体驱动器的驱动效果；

如图3(c)所示，拉线驱动器3可反向旋转拉动软体气囊1左侧拉线2，实现软体驱动器的双向弯曲；当拉线驱动器回到初始位置时，驱动器在自身弹性和内部空气压力的作用下回到如图3(a)所示的初始状态。

实施例2

如图4-6所示：本发明的一种并列式多单元软体驱动器，包括由硅胶、橡胶等具有较好弹性的材料制成的软体气囊1、拉线驱动器3、固定架5、弯曲驱动单元、三个压力平衡管4、柔性带6，所述拉线驱动器3、软体气囊1分别固定在固定架5的上、下两端，所述软体气囊1内部有四个腔体，分别为腔体E、腔体F、腔体C和腔体D，腔体E、腔体F和腔体C沿圆周方向通过柔性带6连接成一体，中心形成的空腔为腔体D，腔体E、腔体F和腔体C分别通过压力平衡管4与腔体D连通，将腔体E,腔体F，腔体C和腔体D内充入高于外界压力的气体，使整个软体气囊内部气体压力保持平衡，所述弯曲驱动单元包括若四个导线块和拉线2，所述拉线2依次穿过四个导线块并与拉线驱动器3连接。

如图6所示：利用腔体F和腔体C分别对应的拉线驱动器3和拉线驱动器3 拉动的拉线2，软体气囊1曲率发生改变后，腔体E为扩展腔，腔体F和腔体C 为压缩腔，如同具体实施实例1的原理，压缩腔F和压缩腔C中的气体通过压力平衡管4进入到腔体D后进入腔体E中，促进软体气囊1的弯曲，提高软体驱动器的驱动性能；同理，三个不同拉线驱动器3的组合使用，本实例可实现软体驱动器朝各个方向的驱动。

上述两个实施例中所述拉线驱动器3可为电动驱动器或气动驱动器。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种并列式多单元软体驱动器，其特征在于，包括软体气囊(1)、拉线驱动器(3)、固定架(5)和设置在软体气囊(1)上的弯曲驱动单元，所述拉线驱动器(3)、软体气囊(1)分别固定在固定架(5)的上、下两端，所述软体气囊(1)内设有若干个空腔，各个空腔之间设有柔性带(6)，所述空腔内填充有气体，所述弯曲驱动单元包括若干个导线块和拉线(2)，所述拉线(2)依次穿过导线块并与拉线驱动器(3)连接，所述固定架(5)上端设有压力平衡管(4)，所述压力平衡管(4)两端分别与不同的空腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种并列式多单元软体驱动器，其特征在于，所述空腔的个数为两个，两个空腔的外表面上均设有弯曲驱动单元，所述压力平衡管(4)两端分别与两个的空腔连通。

3.根据权利要求1所述的一种并列式多单元软体驱动器，其特征在于，所述空腔包括一个中心空腔和三个外侧空腔，三个外侧空腔均布在中心空腔四周，所述压力平衡管(4)的个数为三个，每个压力平衡管(4)两端分别与中心空腔、外侧空腔连通，三个外侧空腔的外表面上均设有弯曲驱动单元。

4.根据权利要求2或3所述的一种并列式多单元软体驱动器，其特征在于，所述弯曲驱动单元包括四个导线块和拉线(2)，四个导线块轴向均布在软体气囊(1)上。

5.根据权利要求1所述的一种并列式多单元软体驱动器，其特征在于，所述拉线驱动器(3)为电动驱动器。

6.根据权利要求1所述的一种并列式多单元软体驱动器，其特征在于，所述拉线驱动器(3)为气动驱动器。