CN110802575A - 一种基于软体肌肉的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于软体肌肉的驱动装置，包括至少两个软体肌肉、流体源、底座、驱动座和控制单元。软体肌肉具有闭合腔体，闭合腔体的腔壁具有腔体侧壁，腔体侧壁具有折叠结构。流体源用以向对应软体肌肉提供流体，软体肌肉一端安装在底座上，驱动座用以安装驱动对象，软体肌肉的另一端与所述驱动座连接，用以驱使所述驱动座移动。由于增设了软体肌肉，当需要驱动驱动对象时，通过流体源向第一软体肌肉内充入流体或回收流体，使第一软体肌肉的折叠结构伸展或折叠，带动驱动座运动，进而通过驱动座带动驱动对象运动，实现对驱动对象的驱动。使得该驱动装置具有参与部件少，重量轻，装配简单的优点。

Description

一种基于软体肌肉的驱动装置

技术领域

本申请涉及软体机器人领域，特别涉及一种基于软体肌肉的驱动装置。

背景技术

驱动装置广泛应用于各种工作领域，现有的驱动装置常采用电机作为动力源，通过减速器和传动机构(例如，丝杠螺母，连杆)将电机的快速转动转化为理想的直线输出，但这种驱动方式具有参与部件多，重量大，设计要求高，装配润滑复杂，成本高的缺点，故而有待改进。

发明内容

本申请提供一种基于软体肌肉的驱动装置，用以解决现有驱动装置参与部件多、装配润滑复杂的问题。

本申请所提供的一种基于软体肌肉的驱动装置，包括：

至少两个软体肌肉，所述软体肌肉具有闭合腔体，所述闭合腔体的腔壁具有腔体侧壁，所述腔体侧壁具有折叠结构；

流体源，用以向对应软体肌肉提供流体，所述至少两个软体肌肉中包括至少一个第一软体肌肉和至少一个第二软体肌肉，所述第一软体肌肉的闭合腔体与流体源连通，由所述流体源控制对应软体肌肉内的流体压强，所述第二软体肌肉的闭合腔体与流体源断开，处于封闭状态；

底座，所述软体肌肉一端安装在所述底座上；

驱动座，所述驱动座用以安装驱动对象，所述软体肌肉的另一端与所述驱动座连接，用以驱使所述驱动座移动；

以及控制单元，用以控制流体源对第一软体肌肉充入和回收流体。

作为所述驱动装置的进一步改进，所述折叠结构包括若干个环状脊、若干个侧脊和若干个折叠面，所述环状脊包括凸起设置的凸脊和凹陷设置的凹脊，在所述环状脊中，所述凸脊和凹脊交替首尾连接形成环状结构，所述环状脊沿闭合腔体的轴向依次排布，且每个环状结构的凸脊与相邻环状结构的凹脊对应，每个环状结构的凹脊与相邻环状结构的凸脊对应；

所述环状脊中凸脊和凹脊的连接点为顶点，所述侧脊从一个环状脊的顶点延伸至相邻环状脊的对应顶点，所述折叠面设置在两个相邻侧脊以及对应的凹脊和凸脊之间，在所述闭合腔体内流体压强变化时，所述折叠结构能够产生形变，以实现折叠结构沿闭合腔体轴向的折叠或伸展。

作为所述驱动装置的进一步改进，所述第一软体肌肉与第二软体肌肉并联，所述驱动座和底座相对设置，所述第一软体肌肉与第二软体肌肉设置在驱动座和底座之间，每个第一软体肌肉和第二软体肌肉靠近底座的一端均与底座连接，另一端均与驱动座连接。

作为所述驱动装置的进一步改进，所述第一软体肌肉与第二软体肌肉串联，所述底座具有相对设置的第一端和第二端，所述驱动座活动设置在底座的第一端和第二端之间，所述第一软体肌肉的一端与驱动座的一侧连接，所述第二软体肌肉的一端与驱动座的另一侧连接，所述第一软体肌肉远离驱动座的一端与底座的第一端连接，所述第二软体肌肉远离驱动座的一端与底座的第二端连接。

作为所述驱动装置的进一步改进，所述环状结构为平面对称结构。

作为所述驱动装置的进一步改进，所有环状脊的凸脊的长度均相同，所有环状脊的凹脊的长度均相同，所述凸脊的长度与凹脊的长度不同，使得每个折叠面都呈梯形。

作为所述驱动装置的进一步改进，所述环状脊和侧脊的厚度大于折叠面的厚度。

作为所述驱动装置的进一步改进，还包括第一压强传感器和第二压强传感器，所述第一压强传感器和第二压强传感器均与控制单元连接，用以传递信号；所述第一压强传感器与第一软体肌肉的闭合腔体连通，用以检测所述第一软体肌肉的闭合腔体内流体的压强；所述第二压强传感器与第二软体肌肉的闭合腔体连通，用以检测所述第二软体肌肉的闭合腔体内流体的压强。

作为所述驱动装置的进一步改进，所述控制单元能够对第二软体肌肉的闭合腔体内流体的压强进行计算分析，得到驱动座的位移量，计算分析的步骤包括：

使用公式(I)计算第二软体肌肉的实际长度，

其中，P₀为大气压强，P_a为初始状态下所述第二软体肌肉的内部相对压强，P_m为驱动气压且表示所述第二软体肌肉的内部相对压强，l表示所述软体肌肉的实际长度，H表示所述第二软体肌肉的初始长度，ε_s1、ε_s2均为过程参数；

所述参数ε_s1、ε_s2用于在无外力作用的情形下，利用测量的P_m、l构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到；

使用公式(II)计算驱动座的位移量，

x＝H-l (II)

其中，x为驱动座的位移量，H表示所述第二软体肌肉的初始长度，l表示所述第二软体肌肉的实际长度。

作为所述驱动装置的进一步改进，所述控制单元能够对软体肌肉的闭合腔体内流体的压强进行计算分析，得到软体肌肉的输出力，计算分析的步骤包括：

使用公式(III)计算单个软体肌肉的输出力，

其中，F为所述软体肌肉的输出力，

为驱动函数且表示内外气压差产生的驱动力，h()为刚度函数且表示自身变形产生的驱动力，D_e为所述软体肌肉的等效参数，P_m为驱动气压且表示为所述软体肌肉的内部相对压强，ε_p为过程参数；

所述刚度函数h()用于在P_m为零且有外力作用的情形下，利用测量的F、l构成的多组数据进行拟合而得到；

所述参数ε_p用于在l不变且无外力作用的情形下，利用测量的F、P_m构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到；

使用公式(IIII)计算全部软体肌肉的总输出力，用公式表示为

其中，F_i为第一类软体肌肉的输出力，F_p为第二类软体肌肉的输出力，i、n分别为第一类软体肌肉的序号和数目；所述第一类软体肌肉用于将所述软体肌肉与气源连接且内部气压可调节，所述第二类软体肌肉用于将所述软体肌肉封闭且内部气压不可调节。

本申请的有益效果：

由于增设了软体肌肉，当需要驱动驱动对象时，通过流体源向第一软体肌肉内充入流体或回收流体，使第一软体肌肉的折叠结构伸展或折叠，带动驱动座运动，进而通过驱动座带动驱动对象运动，实现对驱动对象的驱动。使得该驱动装置具有参与部件少，重量轻，装配简单的优点。第二软体肌肉在第一软体肌肉的带动下运动，可以为驱动装置提供变量更少的参数，有利于后续对所需数据的计算。

附图说明

图1为本申请一种实施例中三个第一软体肌肉和一个第二软体肌肉排布的结构示意图；

图2为本申请一种实施例中两个第一软体肌肉和一个第二软体肌肉排布的结构示意图；

图3为本申请一种实施例中软体肌肉的立体图；

图4为本申请一种实施例中软体肌肉的侧视图；

图5为本申请一种实施例中软体肌肉的局部剖视图；

图6为本申请一种实施例中软体肌肉沿闭合腔体轴向的剖视图；

图7为本申请一种实施例中软体肌肉沿闭合腔体径向的剖视图；

图8为本申请另一种实施例中带端盖的软体肌肉的立体图；

图9为本申请另一种实施例中带端盖的软体肌肉的侧视图；

图10为本申请另一种实施例中带端盖的软体肌肉的俯视图；

图11为本申请第三种实施例中进出口在端部且具有非折叠段的软体肌肉的结构示意图；

图12为本申请第四种实施例中进出口在端部且不具有安装面的软体肌肉的结构示意图；

图13为本申请第五种实施例中进出口在中部且不具有安装面的软体肌肉的结构示意图；

图14为本申请一种实施例中一个第一软体肌肉和一个第二软体肌肉串联的结构示意图。

附图标记：1000、软体肌肉；1100、端部；1110、端面；1120、安装面；1130、端盖；1131、安装孔；1200、腔体侧壁；1210、环状脊；1211、凸脊；1212、凹脊；1220、侧脊；1230、折叠面；1240、非折叠段；1300、进出口；1400、连接管；1500、第一软体肌肉；1600、第二软体肌肉。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明，其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本实施例提供一种基于软体肌肉的驱动装置。

请参考图1和2，该驱动装置包括至少两个软体肌肉1000、流体源、底座、驱动座和控制单元。

软体肌肉1000具有闭合腔体，闭合腔体的腔壁具有腔体侧壁1200，腔体侧壁1200具有折叠结构。

流体源用以向对应软体肌肉1000提供流体，至少两个软体肌肉1000中包括至少一个第一软体肌肉1500和至少一个第二软体肌肉1600，第一软体肌肉1500的闭合腔体与流体源连通，由流体源控制对应软体肌肉1000内的流体压强，第二软体肌肉1600的闭合腔体与流体源断开，处于封闭状态。

软体肌肉1000一端安装在底座上。

驱动座用以安装驱动对象，软体肌肉1000的另一端与驱动座连接，用以驱使驱动座移动。

控制单元用以控制流体源对第一软体肌肉1500充入和回收流体。

请参考图1-3，由于增设了软体肌肉1000，当需要驱动驱动对象时，通过流体源向第一软体肌肉1500内充入流体或回收流体，使第一软体肌肉1500的折叠结构伸展或折叠，带动驱动座运动，进而通过驱动座带动驱动对象运动，实现对驱动对象的驱动。使得该驱动装置具有参与部件少，重量轻，设计要求较低，装配简单，成本低的优点。第二软体肌肉1600在第一软体肌肉1500的带动下运动，可以为驱动装置提供变量更少的参数，有利于后续对所需数据的计算。

需要说明的是，第一软体肌肉1500和第二软体肌肉1600统称为软体肌肉1000，其结构可以完全相同，只是第二软体肌肉1600在使用时通过技术手段与流体源断开，例如，可以采用阀门、塞子或其他合适的技术手段实现。

请参考图3，在一种实施例中，折叠结构包括若干个环状脊1210、若干个侧脊1220和若干个折叠面1230，环状脊1210包括凸起设置的凸脊1211和凹陷设置的凹脊1212，在环状脊1210中，凸脊1211和凹脊1212交替首尾连接形成环状结构，环状脊1210沿闭合腔体的轴向依次排布，且每个环状结构的凸脊1211与相邻环状结构的凹脊1212对应，每个环状结构的凹脊1212与相邻环状结构的凸脊1211对应；

环状脊1210中凸脊1211和凹脊1212的连接点为顶点，侧脊1220从一个环状脊1210的顶点延伸至相邻环状脊1210的对应顶点，折叠面1230设置在两个相邻侧脊1220以及对应的凹脊1212和凸脊1211之间，在闭合腔体内流体压强变化时，折叠结构能够产生形变，以实现折叠结构沿闭合腔体轴向的折叠或伸展。

由于腔体侧壁1200设置了折叠结构，在使用软体肌肉1000时，通过进出口1300输入或排出压力流体，驱动折叠面1230绕环状脊1210形变张合，实现软体肌肉1000的伸长和缩短。相对于平滑的面来说，折叠结构的脊增加了闭合腔体对内部压强和外部负载的结构韧性，保持在大负载、大输入压强时的结构稳定性，增加软体肌肉1000对静态或者动态负载，甚至冲击负载的承受能力。从而通过环状脊1210、侧脊1220和顶点加强了软体肌肉1000的结构强度和稳定性，使得软体肌肉1000能够在不借助外部限制结构的前提下稳定地做直线运动。由于软体肌肉1000的结构稳定，能够承受更大的流体压力并将流体压力转化为直线方向的输出力，不会出现普通软体结构在受力时结构坍塌，导致其内部流体压力被软体结构自身损耗或出现输出方向屈曲改变的情形，所以该软体肌肉1000能够输出较大的力。需要说明的是，腔体侧壁1200采用柔性材料制作，具体的，可以是硅胶或其他合适的材料。

请参考图3和6，软体肌肉1000经过局部的折叠结构的运动复合，形成闭合腔体的宏观运动，而这种绕脊的张合也是折叠结构对腔体宏观运动的限制。具体的，请参考图6，图6中箭头A所标注的方向为折叠面张合形变的方向。本实施例的闭合腔体内部压力改变时，压力作用在各个折叠结构的折叠面1230上，借助折叠结构对于变形运动的引导限制作用来实现闭合腔体在一个方向的直线运动。

本实施例的软体肌肉1000克服了传统驱动方案中需要通过电机、减速器和传动机构(例如，丝杠螺母，连杆)将电机的快速转动转化为理想的直线输出时，参与部件多，重量大，设计要求高，装配润滑复杂，成本高的缺点。同时相较现有软体肌肉1000，组成更加简单(最优地，可使用一种材料来生产整个肌肉)，加工过程更加简洁高效，能够直接量产。在相同重量下能输出更大的推力。通过设计软体机肉的几何参数来获得理想输出的过程更加直接。

请参考图3-7，本实施例中软体肌肉1000的另一个优点在于，折叠结构使腔体在伸缩时保持了在垂直于轴向的任意截面的有效受压面积保持不变。从而在通过作用在两端面1110的压强推动两端面1110向伸长方向运动时，如果碰到外部阻碍，端面1110输出力与内部压强成线性关系。需要说明的是，有效受压面积我们认为是肌肉外径圆和内径圆之间的一个指定区域的面积，是通过实验和理论对比验证得出的，在本实施例的软体肌肉1000中，即为图7中B所标注的区域的面积，由于气压或者液压的原理，肌肉输出力相对于内部压力的线性是与这个有效受压面积直接相关的。因此本实施例软体肌肉1000的折叠结构能够非常接近地做到在伸长缩短的时候保持内径和外径的不变，即，保持了有效受压面积的不变，因而表现出线性的输出。此外，由于软体肌肉1000是柔性的，可以通过借助外部限制或者导向实现软体肌肉1000弯曲和扭转，进一步拓展软体肌肉1000的应用范围。

请参考图3和7，在一种实施例中，环状结构为平面对称结构。具体的，环状结构可以是平面对称的多变形，例如六边形等，具体形状可以根据实际需要灵活选择。在实际应用中，软体肌肉1000的折叠结构的每一个折叠面1230都可以不相同。凸脊1211和凹脊1212的排布，以及每一个环状结构的几何参数、构型，都可以根据需求做特定的设计。

请参考图3和7，在一种实施例中，环状结构的形状包括六边形，环状结构为六边形，六边形的六个边包括三个凸脊1211和三个凹脊1212，三个凸脊1211和三个凹脊1212间隔设置，且首尾依次连接形成环状结构。

请参考图3和7，在一种实施例中，环状脊1210的凸脊1211的长度均相同，环状脊1210的凹脊1212的长度均相同，凸脊1211的长度与凹脊1212的长度不同，使得每个折叠面1230都呈梯形。通过上述方案，使得折叠面1230均为相同的梯形，梯形的折叠面1230有利于进一步提升软体肌肉1000的结构强度和稳定性。

请参考图3和7，在一种实施例中，凸脊1211的长度短于凹脊1212的长度。使得折叠面1230、凸脊1211和凹脊1212形成以凸脊1211为短边，以凹脊1212为长边的梯形，有利于进一步提升软体肌肉1000的结构强度和稳定性。

在其他实施例中，也可以是凸脊1211的长度长于凹脊1212的长度或凸脊1211的长度与凹脊1212的长度相同。

请参考图3-7，在一种实施例中，环状脊1210和侧脊1220的厚度大于折叠面1230的厚度。通过增大环状脊1210和侧脊1220的厚度，有利于进一步提升软体肌肉1000的结构强度和稳定性。

请参考图3-7，在一种实施例中，腔体侧壁1200具有非折叠段1240，非折叠段1240位于折叠结构的中部，将折叠结构在闭合腔体的轴向上分隔成第一折叠段和第二折叠段，第一折叠段和第二折叠均与非折叠段1240密封连接，进出口1300位于非折叠段1240。通过增加非折叠段1240，使得进出口1300能够开设在腔体侧壁1200的中部，有利于增加软体肌肉1000结构布局的多样性，使得软体肌肉1000能够适用于更广泛的工作场景。

请参考图11，在一种实施例中，腔体侧壁1200具有非折叠段1240，但开口不是设在非折叠段1240，而是设在端面1110。

请参考图3、12和13，在另一种实施例中，端部1100具有端面1110，端面1110垂直于闭合腔体的轴心线，进出口1300位于端面1110。通过将进出口1300设置在端部1100，有利于增加软体肌肉1000结构布局的多样性，使得软体肌肉1000能够适用于更广泛的工作场景。

请参考图3和11，在一种实施例中，端部1100具有端面1110和安装面1120，端面1110垂直于闭合腔体的轴心线，安装面1120位于端面1110朝向腔体侧壁1200的一侧，且沿端面1110的周向设置，安装面1120的径向长度自腔体侧壁1200所在一侧向端面1110所在一侧逐渐缩小，安装面1120用于安装法兰。通过增设安装面1120，使得法兰能够顺利安装到软体肌肉1000的端部1100，增强了在软体肌肉1000上安装法兰的便利性。

请参考图8-10，在另一种实施例中，端部1100具有端盖1130，端盖1130垂直于闭合腔体的轴心线，端盖1130设有外接安装孔1131，外接安装孔1131用于实现软体肌肉1000与其他部件的连接。在采用端盖1130时，端盖1130的外表面即为端面。具体的，当需要将软体肌肉1000与其他部件连接时，可以利用端盖1130的通孔，通过插销、螺栓或螺钉等部件将端盖1130与其他部件连接，方便于实现软体肌肉1000与其他部件的连接。

请参考图8-10，在一种实施例中，端盖1130与腔体侧壁1200一体成型。在其他实施例中，端盖1130与腔体也可以是分别成型再组装到一起。具体的，可以采用注塑、3D打印或其他合适的方式实现端盖1130与腔体侧壁1200的成型。

请参考图3-13，在一些实施例中，进出口1300处凸起设置有连接管1400，连接管1400的一端与进出口1300连通。在使用软体肌肉1000时，可以将输送压力流体的管道与连接管1400连接，方便于实现软体肌肉1000与外部管道的连接。

请参考图1和2，软体肌肉1000的排布方式为“N+i”，N为第一软体肌肉1500的数量，i为第二软体肌肉1600的数量，N和i为大于等于1的正整数。其中第二软体肌肉1600可以排布在第一软体结构1500的中心处。

请参考图1和2，在一种实施例中，第一软体肌肉1500与第二软体肌肉1600并联，驱动座和底座相对设置，第一软体肌肉1500与第二软体肌肉1600设置在驱动座和底座之间，每个第一软体肌肉1500和第二软体肌肉1600靠近底座的一端均与底座连接，另一端均与驱动座连接。

在一种实施例中，第一软体肌肉1500和第二软体肌肉1600各设有一个，且第一软体肌肉1500和第二软体肌肉1600并联。

请参考图14，在另一种实施例中，第一软体肌肉1500与第二软体肌肉1600串联，底座具有相对设置的第一端和第二端，驱动座活动设置在底座的第一端和第二端之间，第一软体肌肉1500的一端与驱动座的一侧连接，第二软体肌肉1600的一端与驱动座的另一侧连接，第一软体肌肉1500远离驱动座的一端与底座的第一端连接，第二软体肌肉1600远离驱动座的一端与底座的第二端连接。

请参考图14，在另一种实施例中，第一软体肌肉1500和第二软体肌肉1600各设有一个，且第一软体肌肉1500和第二软体肌肉1600串联。

在另一种实施例中，第一软体肌肉1500设有两个，第二软体肌肉1600设有一个，两个第一软体肌肉1500和一个第二软体肌肉1600并联，两个第一软体肌肉1500和一个第二软体肌肉1600呈直线分布。

请参考图2，在另一种实施例中，第一软体肌肉1500设有两个，第二软体肌肉1600设有一个，两个第一软体肌肉1500和一个第二软体肌肉1600并联，两个第一软体肌肉1500和一个第二软体肌肉1600呈三角形分布。具体的，两个第一软体肌肉1500和一个第二软体肌肉1600可以呈等边三角形分布。

请参考图1，在另一种实施例中，第一软体肌肉1500设有三个，第二软体肌肉1600设有一个，三个第一软体肌肉1500和一个第二软体肌肉1600并联，三个第一软体肌肉1500呈等边三角形分布，一个第二软体肌肉1600设置在三个第一软体肌肉1500排布成的等边三角形的中心。

在一种实施例中，控制单元能够对第二软体肌肉的闭合腔体内流体的压强进行计算分析，得到驱动座的位移量，计算分析的步骤包括：

使用公式(I)计算第二软体肌肉的实际长度，

其中，P₀为大气压强，P_a为初始状态下第二软体肌肉的内部相对压强，P_m为驱动气压且表示第二软体肌肉的内部相对压强，l表示软体肌肉的实际长度，H表示第二软体肌肉的初始长度，ε_s1、ε_s2均为过程参数。

参数ε_s1、ε_s2用于在无外力作用的情形下，利用测量的P_m、l构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到。

使用公式(II)计算驱动座的位移量，

x＝H-l (II)

其中，x为驱动座的位移量，H表示第二软体肌肉的初始长度，l表示第二软体肌肉的实际长度。

请参考图1，在一种实施例中，控制单元能够对软体肌肉的闭合腔体内流体的压强进行计算分析，得到软体肌肉的输出力，计算分析的步骤包括：

使用公式(III)计算单个软体肌肉的输出力，

其中，F为软体肌肉的输出力，为驱动函数且表示内外气压差产生的驱动力，h()为刚度函数且表示自身变形产生的驱动力，D_e为软体肌肉的等效参数，P_m为驱动气压且表示为软体肌肉的内部相对压强，ε_p为过程参数；

刚度函数h()用于在P_m为零且有外力作用的情形下，利用测量的F、l构成的多组数据进行拟合而得到；

参数ε_p用于在l不变且无外力作用的情形下，利用测量的F、P_m构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到；

使用公式(IV)计算全部软体肌肉的总输出力，用公式表示为

其中，F_i为第一类软体肌肉的输出力，F_p为第二类软体肌肉的输出力，i、n分别为第一类软体肌肉的序号和数目；第一类软体肌肉用于将软体肌肉与气源连接且内部气压可调节，第二类软体肌肉用于将软体肌肉封闭且内部气压不可调节。

参数ε_s1、ε_s2的标定过程说明如下：(1)将软体肌肉固定在平行导轨的一端，并连接气源，利用位移传感器测量软体肌肉的实际长度，通过数据采集卡来采集位移传感器的数据。(2)在初始状态下测量得到P₀、P_a、H，然后启动气源为软体肌肉提供驱动气体，使得软体肌肉在平行导轨上处于轴向的伸缩运动状态。(3)通过改变软体肌肉的内部相对压强P_m，软体肌肉在内外气压差的作用下产生轴向运动，通过数据采集卡采集位移传感器的数据即可得到软体肌肉的实际长度l，如此重复测量多组数据。(4)将采集的数据画进行二维坐标统计，横轴为l/H，纵轴为P₀+P_a/(P_pm+P_a)，在统计结果为一条直线时即可完成参数ε_s1、ε_s2的标定。

刚度函数h()的取得过程说明如下：(1)将软体肌肉固定在平行导轨的一端，驱动电机固定在另一端，驱动电机的推杆拉动软体肌肉在平行导轨上做轴向的伸缩运动，利用位移传感器测量软体肌肉的实际长度，利用力传感器测量软体肌肉的移动端的接触力，通过数据采集卡来采集位移传感器和力传感器的测量值。(2)整个过程中保证软体肌肉的气腔打开，使得内外气压一样，即P_m为零，并且在初始状态下使得软体肌肉的初始长度为H。(3)驱动电机拉动推杆运动，使软体肌肉的移动端沿着平行导轨作轴向的伸缩运动，测试过程中电机匀速缓慢运动，所以可以不考虑实验装置的动力学影响。(4)通过数据采集卡采集位移传感器的数据即可得到软体肌肉的实际长度l(即移动端的运动位移)，以及采集力传感器的数据即可得到软体肌肉的输出力F，如此重复测量得到多组数据；(5)以l和F为横、纵坐标变化量，利用十次以上的测量数据绘制二维曲线，通过对曲线进行拟合得到刚度函数h()，且l＝0时h()也为零。

参数ε_p的标定过程说明如下：(1)将软体肌肉的两端均固定在平行导轨上且与气源连接，以及保持软体肌肉处于初始状态，利用气压传感器测量软体肌肉的内部气压，利用力传感器测量软体肌肉的端部的接触力，通过数据采集卡来采集气压传感器和力传感器的测量值。(2)通过气源改变软体肌肉内部相对压强，使得软体肌肉的端部受力，且形变量不发生改变，软体肌肉的自身变形所产生的驱动力可以忽略不计。(3)通过数据采集卡采集气体传感器的数据即可得到驱动气压P_m，以及采集力传感器的数据即可得到软体肌肉的输出力F，如此重复测量得到多组数据。(4)利用采集到的数据得到F与P_m的曲线，此曲线可以看成线型关系，由此对参数ε_p进行标定。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种基于软体肌肉的驱动装置，其特征在于，包括：

至少两个软体肌肉，所述软体肌肉具有闭合腔体，所述闭合腔体的腔壁具有腔体侧壁，所述腔体侧壁具有折叠结构；

流体源，用以向对应软体肌肉提供流体，所述至少两个软体肌肉中包括至少一个第一软体肌肉和至少一个第二软体肌肉，所述第一软体肌肉的闭合腔体与流体源连通，由所述流体源控制对应软体肌肉内的流体压强，所述第二软体肌肉的闭合腔体与流体源断开，处于封闭状态；

底座，所述软体肌肉一端安装在所述底座上；

驱动座，所述驱动座用以安装驱动对象，所述软体肌肉的另一端与所述驱动座连接，用以驱使所述驱动座移动；

以及控制单元，用以控制流体源对第一软体肌肉充入和回收流体。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述折叠结构包括若干个环状脊、若干个侧脊和若干个折叠面，所述环状脊包括凸起设置的凸脊和凹陷设置的凹脊，在所述环状脊中，所述凸脊和凹脊交替首尾连接形成环状结构，所述环状脊沿闭合腔体的轴向依次排布，且每个环状结构的凸脊与相邻环状结构的凹脊对应，每个环状结构的凹脊与相邻环状结构的凸脊对应；

所述环状脊中凸脊和凹脊的连接点为顶点，所述侧脊从一个环状脊的顶点延伸至相邻环状脊的对应顶点，所述折叠面设置在两个相邻侧脊以及对应的凹脊和凸脊之间，在所述闭合腔体内流体压强变化时，所述折叠结构能够产生形变，以实现折叠结构沿闭合腔体轴向的折叠或伸展。

3.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述第一软体肌肉与第二软体肌肉并联，所述驱动座和底座相对设置，所述第一软体肌肉与第二软体肌肉设置在驱动座和底座之间，每个第一软体肌肉和第二软体肌肉靠近底座的一端均与底座连接，另一端均与驱动座连接。

4.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述第一软体肌肉与第二软体肌肉串联，所述底座具有相对设置的第一端和第二端，所述驱动座活动设置在底座的第一端和第二端之间，所述第一软体肌肉的一端与驱动座的一侧连接，所述第二软体肌肉的一端与驱动座的另一侧连接，所述第一软体肌肉远离驱动座的一端与底座的第一端连接，所述第二软体肌肉远离驱动座的一端与底座的第二端连接。

5.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述环状结构为平面对称结构。

6.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所有环状脊的凸脊的长度均相同，所有环状脊的凹脊的长度均相同，所述凸脊的长度与凹脊的长度不同，使得每个折叠面都呈梯形。

7.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述环状脊和侧脊的厚度大于折叠面的厚度。

8.如权利要求3或4所述的驱动装置，其特征在于，还包括第一压强传感器和第二压强传感器，所述第一压强传感器和第二压强传感器均与控制单元连接，用以传递信号；所述第一压强传感器与第一软体肌肉的闭合腔体连通，用以检测所述第一软体肌肉的闭合腔体内流体的压强；所述第二压强传感器与第二软体肌肉的闭合腔体连通，用以检测所述第二软体肌肉的闭合腔体内流体的压强。

9.如权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元能够对第二软体肌肉的闭合腔体内流体的压强进行计算分析，得到驱动座的位移量，计算分析的步骤包括：

使用公式(I)计算第二软体肌肉的实际长度，

其中，P₀为大气压强，P_a为初始状态下所述第二软体肌肉的内部相对压强，P_m为驱动气压且表示所述第二软体肌肉的内部相对压强，l表示所述软体肌肉的实际长度，H表示所述第二软体肌肉的初始长度，ε_s1、ε_s2均为过程参数；

所述参数ε_s1、ε_s2用于在无外力作用的情形下，利用测量的P_m、l构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到；

使用公式(II)计算驱动座的位移量，

x＝H-l (II)

其中，x为驱动座的位移量，H表示所述第二软体肌肉的初始长度，l表示所述第二软体肌肉的实际长度。

10.如权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元能够对软体肌肉的闭合腔体内流体的压强进行计算分析，得到软体肌肉的输出力，计算分析的步骤包括：

使用公式(III)计算单个软体肌肉的输出力，

其中，F为所述软体肌肉的输出力，为驱动函数且表示内外气压差产生的驱动力，h()为刚度函数且表示自身变形产生的驱动力，D_e为所述软体肌肉的等效参数，P_m为驱动气压且表示为所述软体肌肉的内部相对压强，ε_p为过程参数；

所述刚度函数h()用于在P_m为零且有外力作用的情形下，利用测量的F、l构成的多组数据进行拟合而得到；

所述参数ε_p用于在l不变且无外力作用的情形下，利用测量的F、P_m构成的多组数据进行拟合以及参数标定而得到；

使用公式(IV)计算全部软体肌肉的总输出力，用公式表示为

其中，F_i为第一类软体肌肉的输出力，F_p为第二类软体肌肉的输出力，i、n分别为第一类软体肌肉的序号和数目；所述第一类软体肌肉用于将所述软体肌肉与气源连接且内部气压可调节，所述第二类软体肌肉用于将所述软体肌肉封闭且内部气压不可调节。

Images