CN111055299A - 一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，包括波纹膨胀管、软管、尼龙细丝、第一气管、第二气管和扭转限制线；软管同轴套设在波纹膨胀管的内部，且与波纹膨胀管之间形成第一空腔；软管内部沿轴线方向均分为多个第二空腔；尼龙细丝同轴充满在第二空腔内；第一气管与第一空腔连通；第二气管与第二空腔连通；扭转限制线可拆卸连接在波纹膨胀管的外壁。本发明利用对第一空腔内充气或抽气，实现波纹膨胀管的伸缩运动，利用扭转限制线实现扭转运动，利用软管和尼龙细丝的配合控制波纹膨胀管的弯曲方向以及刚度大小，所设计的软体驱动器运动方式多样，刚度可调节，可以较好地实现对物体的抓取、夹持等功能。

Description

一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，更具体的说是涉及一种基于线干扰技术的变刚度全向运动气动软体驱动器。

背景技术

传统的全向运动软体驱动器分为弯曲软体驱动器、伸缩软体驱动器以及扭转软体驱动器三大类，其中弯曲驱动器大多只能实现单向弯曲功能，伸缩驱动器和扭转驱动器也只能实现伸缩或扭转的单一运动，没有一种软体驱动器可以实现任意方向弯曲、伸缩以及扭转的全向运动，驱动器的应用范围受到极大限制。且现有的软体驱动器受制造材料影响，刚度较低，抓取大重量物体存在较大困难。

因此，如何提供一种可实现伸缩、扭转、全向弯曲运动以及刚度可变，抓取力大的软体驱动器，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，包括：波纹膨胀管、软管、尼龙细丝、第一气管、第二气管和扭转限制线；

所述波纹膨胀管为两端开口，且具有膨胀节的波纹状空心管体；

所述软管同轴套设在所述波纹膨胀管的内部，所述软管的端头与所述波纹膨胀管的端头密封固定，且与所述波纹膨胀管之间形成第一空腔；所述软管内部沿径向方向均分为多个第二空腔；

所述尼龙细丝同轴充满在所述第二空腔内；

所述第一气管连接在所述波纹膨胀管的一端，且与所述第一空腔连通，用于向所述第一空腔内充气或抽气；

所述第二气管的数量为多个，且与所述第一气管同方向连接在所述波纹膨胀管的端头，且分别与所述第二空腔连通，用于向所述第二空腔内充气或抽气；

所述扭转限制线可拆卸连接在所述波纹膨胀管的外壁，且用于限制所述波纹膨胀管伸长。

通过上述技术方案，本发明利用对第一空腔内充气或抽气，实现波纹膨胀管的伸缩运动，利用扭转限制线实现扭转运动，利用软管和尼龙细丝的配合控制波纹膨胀管的弯曲方向以及刚度大小，实现软体驱动器全向运动以及刚度变化；所设计的软体驱动器运动方式多样，刚度可调节，可以较好地实现对物体的抓取、夹持等功能。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，所述波纹膨胀管的两端具有直径收缩的连接管，所述连接管一端与所述第一空腔连通，另一端封闭；所述连接管的内壁与所述软管的端头外壁粘合固定。有利于波纹膨胀管与软管之间的密封固定连接，同时，由于连接管的端头封闭，能够使软管内的第二空腔形成密封的空间，便于第二气管对其内部进行充气和抽气的操作。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，所述波纹膨胀管和所述软管均由拉伸性能强的硅胶材料制成。有利于波纹膨胀管和软管进行拉伸和收缩动作。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，所述软管内部均分为三部分，形成三个所述第二空腔。三个第二空腔是对软管的合理划分，数量过多虽然弯曲的方向增多，但是不易控制，数量过少可控的弯曲方向过少，当然，为了进一步提高弯曲方向的精度，第二空腔划分的越多，可控的方向越多，但是，由于第二空腔数量增多，每个空腔内的尼龙细丝减少，会降低弯曲时的刚度，因此，划分为三个第二空腔的使用效果更好。其原理为：当使用一个第二气管将一个第二空腔抽真空时，该第二空腔内的尼龙细丝会紧密地贴合在一起，尼龙细丝间摩擦力急剧增大，该第二空腔的刚度也随之增大。对波纹膨胀管充气，抽取真空部分的第二空腔不易发生变形，未抽取真空部分的第二空腔容易发生变形，变形程度的不同即导致波纹膨胀管发生弯曲，即向抽取真空部分的第二空腔的方向发生弯曲。同理，当将两个第二空腔抽真空时，即向两个真空部分的第二空腔的中间方向发生弯曲。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，每个所述第二空腔内的所述尼龙细丝分为两组，两组所述尼龙细丝相反的端头分别与所述软管的两端端头粘合固定，且两组所述尼龙细丝均匀交错布置。能够进一步提高尼龙细丝间的摩擦力。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，每组所述尼龙细丝的长度至少大于收缩状态下的所述波纹膨胀管长度的二分之一。能够保证两组尼龙细丝之间不会脱离；同时，尼龙细丝的硬度较高，可以较好地恢复错位。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，所述第一气管和所述第二气管均连接有气泵。气泵能够进行抽气和充气的操作。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，所述扭转限制线的数量为多根，且均匀布置在所述波纹膨胀管的外壁；每根所述扭转限制线的两端分别与所述波纹膨胀管的两端对齐，且沿所述波纹膨胀管的外壁旋转布置。扭转限制线能够抑制波纹膨胀管在充气时伸长，进而实现转动操作。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，所述扭转限制线与所述波纹膨胀管通过双面胶或魔术贴贴合。使扭转限制线与波纹膨胀管之间实现便捷的可拆装连接，当软体驱动器要实现伸缩和弯曲动作时，不需要扭转限制线；当软体驱动器要实现转动动作时，则需要扭转限制线。

优选的，在上述一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器中，所述扭转限制线为不可拉伸的凯夫拉线。凯夫拉线强度高，使用效果好。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，具有以下有益效果：

1、本发明设计的软体驱动器，可以实现多方向弯曲运动、伸缩运动以及扭转运动，应用场合广泛。

2、本发明设计的软体驱动器，其刚度可变，在真空状态下，其刚度较高，夹取力大，夹取的稳定性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的结构示意图；

图2附图为本发明提供的沿图1中的切割线A切开后的主结构示意图；

图3附图为本发明提供的沿图1中的切割线A切开后的侧结构示意图；

图4附图为本发明提供的波纹膨胀管的结构示意图；

图5附图为本发明提供的沿图4中的切割线B切开后的左半部结构示意图；

图6附图为本发明提供的沿图4中的切割线B切开后的右半部结构示意图；

图7附图为本发明提供的软管和尼龙细丝的结构示意图。

其中：

1-波纹膨胀管；

2-软管；

3-尼龙细丝；

4-第一气管；

5-第二气管；

6-扭转限制线；

7-第一空腔；

8-第二空腔；

9-连接管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1至附图7，本发明实施例公开了一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，包括：波纹膨胀管1、软管2、尼龙细丝3、第一气管4、第二气管5和扭转限制线6；

波纹膨胀管1为两端开口，且具有膨胀节的波纹状空心管体；

软管2同轴套设在波纹膨胀管1的内部，软管2的端头与波纹膨胀管1的端头密封固定，且与波纹膨胀管1之间形成第一空腔7；软管2内部沿径向方向均分为多个第二空腔8；

尼龙细丝3同轴充满在第二空腔8内；

第一气管4连接在波纹膨胀管1的一端，且与第一空腔7连通，用于向第一空腔7内充气或抽气；

第二气管5的数量为多个，且与第一气管4同方向连接在波纹膨胀管1的端头，且分别与第二空腔8连通，用于向第二空腔8内充气或抽气；

扭转限制线6可拆卸连接在波纹膨胀管1的外壁，且用于限制波纹膨胀管1伸长。

为了进一步优化上述技术方案，波纹膨胀管1的两端具有直径收缩的连接管9，连接管9一端与第一空腔7连通，另一端封闭；连接管9的内壁与软管2的端头外壁粘合固定。

为了进一步优化上述技术方案，波纹膨胀管1和软管2均由拉伸性能强的硅胶材料制成。

为了进一步优化上述技术方案，软管2内部均分为三部分，形成三个第二空腔8。

为了进一步优化上述技术方案，每个第二空腔8内的尼龙细丝3分为两组，两组尼龙细丝3相反的端头分别与软管2的两端端头粘合固定，且两组尼龙细丝3均匀交错布置。

为了进一步优化上述技术方案，每组尼龙细丝3的长度至少大于收缩状态下的波纹膨胀管1长度的二分之一。

为了进一步优化上述技术方案，第一气管4和第二气管5均连接有气泵。

为了进一步优化上述技术方案，扭转限制线6的数量为多根，且均匀布置在波纹膨胀管1的外壁；每根扭转限制线6的两端分别与波纹膨胀管1的两端对齐，且沿波纹膨胀管1的外壁旋转布置。

为了进一步优化上述技术方案，扭转限制线6与波纹膨胀管1通过双面胶或魔术贴贴合。

为了进一步优化上述技术方案，扭转限制线6为不可拉伸的凯夫拉线。

本发明的工作原理为：

本发明提供的软体驱动器可实现伸缩运动、多方向弯曲运动、以及扭转运动：

波纹膨胀管1由拉伸性能较好的硅胶制成，当波纹膨胀管1通过第一气管4向第一空腔7内部充气时，内部气压增大，波纹膨胀管1内壁膨胀，软体驱动器整体伸长；当第一气管4向第一空腔7内部抽气时，内部气压减小时，软体驱动器整体缩短，软体驱动器实现伸缩运动。

软管2位于波纹膨胀管1中心，具有良好的弯曲，伸缩，扭转性能，可与波纹膨胀管1同步实现弯曲，伸缩，扭转运动，从而减小对软体驱动器运动性能的影响。软管2同时起到密封作用，其均分为三个第二空腔8，每个第二空腔8内均填充满尼龙细丝3。尼龙细丝3起到实现控制软体驱动器运动方式以及刚度变化的作用。软体驱动器发生伸缩、扭转运动时，尼龙细丝3随波纹膨胀管1发生伸缩、扭转，最低限度地减小其对软体驱动器运动性能的影响。对软管2任一部分抽取真空，该部分内的尼龙细丝3会紧密地贴合在一起，尼龙细丝3间摩擦力急剧增大，该部分刚度也随之增大。

对波纹膨胀管1充气，软管2内抽取真空的第二空腔8不易发生变形，未抽取真空的第二空腔8容易发生变形，变形程度的不同即导致驱动器发生弯曲。具体说：当使用一个第二气管5将一个第二空腔8抽真空时，该第二空腔8内的尼龙细丝3会紧密地贴合在一起，尼龙细丝3间摩擦力急剧增大，该第二空腔8的刚度也随之增大。对波纹膨胀管1充气，抽取真空部分的第二空腔8不易发生变形，未抽取真空部分的第二空腔8容易发生变形，变形程度的不同即导致波纹膨胀管1发生弯曲，即向抽取真空部分的第二空腔8的方向发生弯曲。同理，当将两个第二空腔8抽真空时，即向两个真空部分的第二空腔8的中间方向发生弯曲。

扭转限制线6为不可拉伸的凯夫拉线，其斜向布置在波纹膨胀管1外表面且可摘取。连接上扭转限制线6后，当软体驱动器内部气压增大时，波纹膨胀管1的第一空腔7内壁膨胀，软体驱动器要发生整体伸长，但在扭转限制线6斜向拉力作用下，软体驱动器只能发生扭转运动。扭转限制线6起到控制驱动器扭转运动的作用。

当软体驱动器完成任一动作的操作后，将第二空腔8内部抽真空，即可提高尼龙细丝3的摩擦力，进而提高软体驱动器的刚度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，包括：波纹膨胀管(1)、软管(2)、尼龙细丝(3)、第一气管(4)、第二气管(5)和扭转限制线(6)；

所述波纹膨胀管(1)为两端开口，且具有膨胀节的波纹状空心管体；

所述软管(2)同轴套设在所述波纹膨胀管(1)的内部，所述软管(2)的端头与所述波纹膨胀管(1)的端头密封固定，且与所述波纹膨胀管(1)之间形成第一空腔(7)；所述软管(2)内部沿径向方向均分为多个第二空腔(8)；

所述尼龙细丝(3)同轴充满在所述第二空腔(8)内；

所述第一气管(4)连接在所述波纹膨胀管(1)的一端，且与所述第一空腔(7)连通，用于向所述第一空腔(7)内充气或抽气；

所述第二气管(5)的数量为多个，且与所述第一气管(4)同方向连接在所述波纹膨胀管(1)的端头，且分别与所述第二空腔(8)连通，用于向所述第二空腔(8)内充气或抽气；

所述扭转限制线(6)可拆卸连接在所述波纹膨胀管(1)的外壁，且用于限制所述波纹膨胀管(1)伸长。

2.根据权利要求1所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，所述波纹膨胀管(1)的两端具有直径收缩的连接管(9)，所述连接管(9)一端与所述第一空腔(7)连通，另一端封闭；所述连接管(9)的内壁与所述软管(2)的端头外壁粘合固定。

3.根据权利要求1所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，所述波纹膨胀管(1)和所述软管(2)均由拉伸性能强的硅胶材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，所述软管(2)内部均分为三部分，形成三个所述第二空腔(8)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，每个所述第二空腔(8)内的所述尼龙细丝(3)分为两组，两组所述尼龙细丝(3)相反的端头分别与所述软管(2)的两端端头粘合固定，且两组所述尼龙细丝(3)均匀交错布置。

6.根据权利要求5所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，每组所述尼龙细丝(3)的长度至少大于收缩状态下的所述波纹膨胀管(1)长度的二分之一。

7.根据权利要求1所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，所述第一气管(4)和所述第二气管(5)均连接有气泵。

8.根据权利要求1所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，所述扭转限制线(6)的数量为多根，且均匀布置在所述波纹膨胀管(1)的外壁；每根所述扭转限制线(6)的两端分别与所述波纹膨胀管(1)的两端对齐，且沿所述波纹膨胀管(1)的外壁旋转布置。

9.根据权利要求1-4或6-8任一项所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，所述扭转限制线(6)与所述波纹膨胀管(1)通过双面胶或魔术贴贴合。

10.根据权利要求9所述的一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，所述扭转限制线(6)为不可拉伸的凯夫拉线。

Images