CN110962147A - 多级变刚度气动软体执行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级变刚度气动软体执行器，包括第一软体机架、气囊、接触式螺旋弹性变刚度元件、气压式管状变刚度元件、接触式齿形变刚度模块；第一软体机架顶部设有U形槽，多个独立驱动的气囊依次固定在对应的U形槽内；第一软体机架内部设有第一腔体、第二腔体、第三腔体；第二腔体位于中间，其与第一软体机架前端通过第一端盖密封连接；第三腔体位于第二腔体外周，其通过防尘通气塞与第一软体机架外部大气连通；第一腔体位于第三腔体外周，其与第一软体机架后端通过第二端盖密封连接；接触式螺旋弹性变刚度元件放置在第一腔体中；多个气压式管状变刚度元件均匀布置在第二腔体中；接触式齿形变刚度模块固定在第一软体机架底部。

Description

多级变刚度气动软体执行器
技术领域
本发明涉及软体执行器技术领域，具体涉及一种多级变刚度气动软体执行器。
背景技术
近年来，气动软体执行器因其本身具有柔顺性、适应性、与人类交互更加安全等优势，在很多领域得到广泛的应用。特别是在气动软体执行器的位姿控制和结构变刚度两方面，得到了深入研究。
软体执行器的位姿控制一直是软体执行器领域的难题，其通常需要复杂的控制算法并配合精密的软体结构，但往往只能实现单一的位姿控制。从驱动器的角度出发，利用多个模块化的驱动器，通过改变驱动器的驱动顺序，以实现软体执行器多位姿的控制，可能是一个简单有效的解决方案。
软体执行器的变刚度经过多年的研究，已经得到了很好的发展。但现有的变刚度方案，如颗粒阻塞、形状记忆聚合物变刚度方案等都存在一定的缺陷。颗粒阻塞通常会使执行器的体积和重量大幅增加，同时颗粒阻塞的变刚度范围有限，不适于大载荷的软体执行器；常用的形状记忆聚合物变刚度方案同样存在刚度变化范围小、响应速度慢、负载能力差等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有变刚度气动软体执行器刚度变化范围小、响应速度慢、负载能力差等问题，而提出的一种多级变刚度气动软体执行器。该变刚度软体执行器，在保证重量轻、体积小的前提下可以实现多级变刚度，同时采用模块化的气动驱动方式，可以实现多位姿的工作方式。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
一种多级变刚度气动软体执行器，包括第一软体机架、气囊、接触式螺旋弹性变刚度元件、气压式管状变刚度元件、接触式齿形变刚度模块；所述第一软体机架顶部设有多个平行排列的U形槽，多个独立驱动的气囊依次固定在对应的U形槽内；第一软体机架内部设有第一腔体、第二腔体、第三腔体；第二腔体位于中间，其与第一软体机架前端通过第一端盖密封连接；第三腔体位于第二腔体外周，其通过防尘通气塞与第一软体机架外部大气连通；第一腔体位于第三腔体外周，其与第一软体机架后端通过第二端盖密封连接；接触式螺旋弹性变刚度元件放置在第一腔体中；多个气压式管状变刚度元件均匀布置在第二腔体中；接触式齿形变刚度模块固定在第一软体机架底部。
进一步地，所述第一软体机架U形槽之间的分隔板内设有插槽，插槽内固定有硬质挡板。
进一步地，所述接触式齿形变刚度模块由齿形元件、第二软体机架组成，第二软体机架粘接在第一软体机架底部，齿形元件均匀交错固定在第二软体机架内部上下两侧。
进一步地，所述齿形元件上沿圆周方向设有齿状凸缘。
本发明的工作过程和原理：
在具体的实施过程中，可以同时驱动所有的气囊，也可以根据实际需求，驱动相应的气囊，让执行器实现特定的位姿。执行器的变刚度可以由三部分独立实现。接触式螺旋弹性变刚度元件由第一腔体的真空驱动，实现刚度的改变。气压式管状变刚度元件通过内部的压强变化实现刚度的改变。接触式齿形变刚度模块由第二软体机架的真空驱动，实现刚度的改变。以上三部分可以独立改变执行器刚度，也可以协同改变执行器刚度，从而使执行器实现多级的变刚度调节。
本发明的有益效果：
1、本发明采用模块化的气动驱动方式，驱动相应的气囊，可以产生特定的驱动效果，特别是将执行器用在软体机械手中时，可以实现多位姿的工作方式。
2、与传统的颗粒阻塞和形状记忆聚合物变刚度方案不同，本发明引入的三种新的变刚度结构，具有重量轻，体积小的特点，三种变刚度结构可以根据需要实现多级刚度的变化，加大了执行器刚度选择范围，使执行器的负载范围更广。
附图说明
图1为本发明的三维示意图。
图2为本发明的主视剖视图。
图3为第一软体机架的剖视图。
图4为接触式螺旋弹性变刚度元件三维视图。
图5为多个气压式管状变刚度元件装配的三维示意图。
图6为接触式齿形变刚度模块的三维示意图。
图7为接触式齿形变刚度元件的三维示意图。
其中：1-第一软体机架；1A-U形槽；1B-插槽；1C-第一腔体；1D-第二腔体；1E-第三腔体；2-第一端盖；3-硬质挡板；4-气囊；5-接触式螺旋弹性变刚度元件；5A-弹性接触片；6-气压式管状变刚度元件；7-防尘通气塞；8-第二端盖；10-接触式齿形变刚度模块；101-齿形元件；101A-齿状凸缘；102-第二软体机架。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细介绍本发明的技术方案：
请参阅图1至图7所示，一种多级变刚度气动软体执行器，包括第一软体机架1、第一端盖2、硬质挡板3、气囊4、接触式螺旋弹性变刚度元件5、气压式管状变刚度元件6、防尘通气塞7、第二端盖8、接触式齿形变刚度模块10。
其中，第一软体机架1顶部设有多个平行排列的U形槽1A，多个独立驱动的气囊4固定在第一软体机架1上的U形槽1A中，用于执行器的驱动，两个U形槽1A之间的分隔板内设有竖向的插槽1B，为了让驱动的气囊4实现更好的驱动效果，在插槽1B中固定有硬质挡板3。
第一软体机架1内部设有第一腔体1C、第二腔体1D、第三腔体1E；第二腔体1D位于中间，其与第一软体机架1前端通过第一端盖2密封连接；第三腔体1E位于第二腔体1D外周，其通过防尘通气塞7与第一软体机架1外部大气连通；第一腔体1C位于第三腔体1E外周，其与第一软体机架1后端通过第二端盖8密封连接。
接触式螺旋弹性变刚度元件5放置在第一腔体1C中，接触式螺旋弹性变刚度元件5包括螺旋式弹性主体以及固定在螺旋式弹性主体上的多个弹性接触片5A。接触式螺旋弹性变刚度元件5具有弹性，可以跟随执行器运动，当使用真空驱动时，第一腔体1C收缩，迫使弹性接触片5A相互接触，产生摩擦，阻碍相对运动，从而增加刚度。气压式管状变刚度元件6由扩展性低的软材料制作而成，其在高气压下变形很小，从而可以利用内部压强的大小来调节刚度。多个气压式管状变刚度元件6均匀布置在第二腔体1D中，采用多个气压式管状变刚度元件6有利于刚度的细致调节。
防尘通气塞7用于第三腔体1E与大气的连通，防止第三腔体1E由于体积变化，内部产生压强，阻碍执行器运动。
接触式齿形变刚度模块10粘接在第一软体机架1底部，其由齿形元件101，第二软体机架102构成。第二软体机架102粘接在第一软体机架1底部，其为框架结构；齿形元件101均匀交错固定在第二软体机架102内部上下两侧，未工作状态下，齿形元件101之间不产生接触。当第二软体机架102在真空驱动时，迫使位于第二软体机架102内上下两侧的齿形元件101发生接触，产生摩擦，阻碍相对运动，从而实现刚度的变化。其中，齿形元件101上有沿着圆周方向的齿状凸缘101A，有利于提高齿形元件101之间的接触阻力，从而增加接触式齿形变刚度模块10可实现的最大刚度，此外，齿形元件101由轻质高强的金属材料制作，且为中空构造，重量较小。
在具体的实施过程中，可以同时驱动所有的气囊4，也可以根据实际需求，驱动相应的气囊4，让执行器实现特定的位姿。执行器的变刚度可以由三部分独立实现。接触式螺旋弹性变刚度元件5由第一腔体1C的真空驱动，实现刚度的改变。气压式管状变刚度元件6通过内部的压强变化实现刚度的改变。接触式齿形变刚度模块10由第二软体机架102的真空驱动，实现刚度的改变。以上三部分可以独立改变执行器刚度，也可以协同改变执行器刚度，从而使执行器实现多级的变刚度调节。

Claims (4)

1.一种多级变刚度气动软体执行器，其特征在于，包括第一软体机架、气囊、接触式螺旋弹性变刚度元件、气压式管状变刚度元件、接触式齿形变刚度模块；所述第一软体机架顶部设有多个平行排列的U形槽，多个独立驱动的气囊依次固定在对应的U形槽内；第一软体机架内部设有第一腔体、第二腔体、第三腔体；第二腔体位于中间，其与第一软体机架前端通过第一端盖密封连接；第三腔体位于第二腔体外周，其通过防尘通气塞与第一软体机架外部大气连通；第一腔体位于第三腔体外周，其与第一软体机架后端通过第二端盖密封连接；接触式螺旋弹性变刚度元件放置在第一腔体中；多个气压式管状变刚度元件均匀布置在第二腔体中；接触式齿形变刚度模块固定在第一软体机架底部。
2.如权利要求1所述的一种多级变刚度气动软体执行器，其特征在于，所述第一软体机架U形槽之间的分隔板内设有插槽，插槽内固定有硬质挡板。
3.如权利要求1所述的一种多级变刚度气动软体执行器，其特征在于，所述接触式齿形变刚度模块由齿形元件、第二软体机架组成，第二软体机架粘接在第一软体机架底部，齿形元件均匀交错固定在第二软体机架内部上下两侧。
4.如权利要求3所述的一种多级变刚度气动软体执行器，其特征在于，所述齿形元件上沿圆周方向设有齿状凸缘。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111872954A (zh) * 2020-07-22 2020-11-03 芜湖市夯福机械模具有限公司 汽车零部件加工用的多工序交替操作机器人
CN112454422A (zh) * 2020-11-27 2021-03-09 哈尔滨工业大学（威海） 一种复合变刚度连续型操作臂
CN114670184A (zh) * 2022-04-15 2022-06-28 河海大学 一种自重构变刚度机械臂

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5762995A (en) * 1995-01-13 1998-06-09 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Flexible sheathing tube construction, and method for fabrication thereof
US20120184818A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 Sugisawa Tatsuya Endoscope
WO2017180968A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-19 Marquette University Variable stiffness series elastic actuator
US20180368664A1 (en) * 2017-06-26 2018-12-27 DynamicSurgical Inc. Robotic materials and devices
CN109227530A (zh) * 2018-10-23 2019-01-18 燕山大学 一种变刚度机器人
CN109249385A (zh) * 2018-10-09 2019-01-22 江西理工大学 一种基于颗粒阻塞的变刚度气动软体驱动器
WO2019047898A1 (zh) * 2017-09-07 2019-03-14 袁博 一种外骨骼
CN109770840A (zh) * 2019-01-24 2019-05-21 浙江工业大学 一种可变刚度的柔性胃镜
WO2019097688A1 (ja) * 2017-11-17 2019-05-23 オリンパス株式会社 剛性可変装置と剛性可変システムと内視鏡
CN110497396A (zh) * 2019-08-29 2019-11-26 南京理工大学 一种可变刚度增强型气动软体驱动器
CN110509266A (zh) * 2019-09-12 2019-11-29 上海大学 一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置
CN110539292A (zh) * 2019-10-09 2019-12-06 北京化工大学 一种具有刚度保持的半软体机器人模块及半软体机器人

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5762995A (en) * 1995-01-13 1998-06-09 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Flexible sheathing tube construction, and method for fabrication thereof
US20120184818A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 Sugisawa Tatsuya Endoscope
WO2017180968A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-19 Marquette University Variable stiffness series elastic actuator
US20180368664A1 (en) * 2017-06-26 2018-12-27 DynamicSurgical Inc. Robotic materials and devices
WO2019047898A1 (zh) * 2017-09-07 2019-03-14 袁博 一种外骨骼
WO2019097688A1 (ja) * 2017-11-17 2019-05-23 オリンパス株式会社 剛性可変装置と剛性可変システムと内視鏡
CN109249385A (zh) * 2018-10-09 2019-01-22 江西理工大学 一种基于颗粒阻塞的变刚度气动软体驱动器
CN109227530A (zh) * 2018-10-23 2019-01-18 燕山大学 一种变刚度机器人
CN109770840A (zh) * 2019-01-24 2019-05-21 浙江工业大学 一种可变刚度的柔性胃镜
CN110497396A (zh) * 2019-08-29 2019-11-26 南京理工大学 一种可变刚度增强型气动软体驱动器
CN110509266A (zh) * 2019-09-12 2019-11-29 上海大学 一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置
CN110539292A (zh) * 2019-10-09 2019-12-06 北京化工大学 一种具有刚度保持的半软体机器人模块及半软体机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
闫继宏; 石培沛; 张新彬; 赵杰: "软体机械臂仿生机理、驱动及建模控制研究发展综述", 《机械工程学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111872954A (zh) * 2020-07-22 2020-11-03 芜湖市夯福机械模具有限公司 汽车零部件加工用的多工序交替操作机器人
CN112454422A (zh) * 2020-11-27 2021-03-09 哈尔滨工业大学（威海） 一种复合变刚度连续型操作臂
CN112454422B (zh) * 2020-11-27 2022-07-12 哈尔滨工业大学（威海） 一种复合变刚度连续型操作臂
CN114670184A (zh) * 2022-04-15 2022-06-28 河海大学 一种自重构变刚度机械臂

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