CN112045702A - 一种气动旋转执行器及气动柔性操作手 - Google Patents
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Abstract
一种气动旋转执行器及气动柔性操作手，该气动旋转执行器包括至少一个气动旋转模块，其包括第一、第二硬质结构块、柔性薄膜和气管，第一、第二硬质结构块通过与柔性薄膜粘连以铰链方式连接在一起，柔性薄膜在内侧区域形成一个柔性气密封腔体，气管的一端连接柔性气密封腔体，气管的一端连接外部的气压控制装置，当柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，柔性气密封腔体内外的气压差使柔性薄膜向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，牵引第一、第二硬质结构块发生相向旋转运动或背向旋转运动。该气动旋转执行器可实现对不同几何外形物体的抓取、旋转和扭转等操作，结构简单，质量轻，响应快速，适用面广，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及小型执行器和柔性机器人技术领域，特别是涉及一种气动旋转执行器及气动柔性操作手。
背景技术
执行器是一种在外界环境刺激下产生特定运动的器件，依赖于电、热、气压或液压转化为机械运动，是驱动机器人产生运动动作的重要部件。目前应用的旋转型执行器的材料主要为碳纳米管纺线、聚合物纤维、形状记忆合金等。由这些材料制成的旋转型执行器需要在特殊的外界环境中使用，例如特定的电解液、化学品蒸汽、高温等，同时目前暂不能实现大规模生产，因此不适合于日常环境应用。
气动旋转型执行器的设计方案目前仍然较少。以螺旋气管为基础的气动旋转型执行器的旋转角度相对于整体长度而言较小。以多个相连的气室形成的类似褶皱形状的气动执行器可以产生较大的力矩，但是这种执行器是采用正气压驱动，容易因气压过大而爆裂。由硅橡胶制成的折纸型气动旋转执行器可以实现较大角度的旋转，但是由于材料较软而输出力矩较低，另外该执行器在实现旋转动作的同时会出现线性运动，可能需要更复杂的补偿方式才能实现纯旋转运动。
操作手是一种以模拟人体手部运动动作的机械执行结构，其作用是抓取和操作物体，主要应用于工业、物流、医疗、自动化等领域。传统的机械手使用的是电机驱动，装置复杂并且笨重，制造成本高昂，且容易受到电磁干扰。电机驱动一般需要精确的反馈调节，系统整体缺乏鲁棒性与顺应性，人机协调性差。
目前已有的柔性操作手普遍功能单一，仅具有抓取功能而不能同时实现旋转、移动等操作。例如，基于球形折纸结构制成的气动抓手可以实现抓取多种不同形状的物体，但不能实现进一步的操作。另外，目前的气压驱动的操作手多使用正压控制，缺乏人机交互安全性，容易因气压过大而导致结构受损。例如，有的多自由度柔性机械手需要正压充气驱动，此时执行器的一侧因膨胀而实现弯曲动作，但同时很容易导致爆裂。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷中的至少一种，提供一种结构简单、轻量、响应时间快的气动旋转执行器，及具有这种气动旋转执行器的气动柔性操作手。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种气动旋转执行器，包括至少一个气动旋转模块，所述气动旋转模块包括第一硬质结构块、第二硬质结构块、柔性薄膜和气管，所述第一硬质结构块和所述第二硬质结构块通过与所述柔性薄膜粘连以铰链方式连接在一起，所述柔性薄膜在所述第一硬质结构块和所述第二硬质结构块之间的内侧区域形成一个柔性气密封腔体，所述气管的一端连接所述柔性气密封腔体，所述气管的一端连接外部的气压控制装置，当所述柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，所述柔性气密封腔体内外的气压差使所述柔性薄膜向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，牵引所述第一硬质结构块和所述第二硬质结构块发生相向旋转运动或背向旋转运动，使所述第一硬质结构块和所述第二硬质结构块之间的角度产生变化。
优选地，所述气压控制装置为负压系统。
一种气动柔性操作手，包括气动旋转模块、第一仿生手指和第二仿生手指，所述气动旋转模块包括两个硬质结构块、柔性薄膜和气管，所述两个硬质结构块通过与所述柔性薄膜粘连以铰链方式连接在一起，所述柔性薄膜在所述两个硬质结构块之间的内侧区域形成一个柔性气密封腔体，所述气管的一端连接所述柔性气密封腔体，所述气管的一端连接外部的气压控制装置，当所述柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，所述柔性气密封腔体内外的气压差使所述柔性薄膜向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，牵引所述两个硬质结构块发生相向旋转运动或背向旋转运动，所述第一仿生手指和第二仿生手指分别连接所述两个硬质结构块，在所述两个硬质结构块的带动下相互靠近或远离以夹取或释放物体。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的气动旋转执行器中，气动旋转模块的两个硬质结构块通过与柔性薄膜粘连以铰链方式连接在一起，所述柔性薄膜在所述两个硬质结构块之间的内侧区域形成一个柔性气密封腔体，其上设有气管，通过连接外部的气压控制装置控制所述柔性气密封腔体内的气压，当所述柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，所述柔性气密封腔体内外的气压差使所述柔性薄膜向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，从而牵引所述两个硬质结构块发生相向旋转运动或背向旋转运动，使所述两个硬质结构块之间的角度产生变化，达到气动执行效果。基于该气动旋转执行器，本发明提供一种气动柔性操作手，实现对不同几何外形的物体的抓取、旋转和扭转等操作。可以将本发明的气动旋转执行器作为基本运动单元进行多种组合，得到多种不同的运动效果，这种通用模块化的设计可以方便地应用于多种机器人的实现。
本发明的气动旋转执行器及气动柔性操作手的结构简单、轻量、响应时间快，能够克服传统电机驱动机器人的装置复杂、笨重、制造成本和维护成本十分高昂、对环境要求相对较高、抗干扰的能力一般等缺点。通过使用气压控制装置，例如使用真空负压驱动方式，通过负压系统对执行器内部的气体进行抽取，产生执行器内外的气压差，以提供使执行器进行弯曲、扭转、旋转的驱动力。负压系统在安全性上更有优势，由于安全性更佳，更便于人机交互操作。相比于传统技术，本发明的气动执行器可以实现的旋转角度和输出力矩大，且适应性好，可以实现对各种不同几何外形的物体的抓取、旋转和扭转。同时，由一个气动执行器或多个气动执行器的组合可实现适应不同需求的轻量化柔性操作手，灵活性比现有技术更优。通过气动旋转执行器的模块化组合可以更好地实现各类操作动作。另外，本发明的气动执行器对环境的要求比较低，抗干扰能力优良。
由于本发明的气动旋转执行器的整体结构简单，制作工艺简单，成本低，可以根据不同任务的需要选择不同的制作材料。
本发明的气动旋转执行器可以与人造肌肉、机器人皮肤结合，包裹不同的软体制成医疗康复机器人，例如气动人体假肢、上肢运动康复机器人等，执行需要的运动和变形操作。本发明的气动旋转执行器在医疗服务行业有着广阔的前景。
附图说明
图1为本发明第一实施例的气动旋转执行器结构示意图。
图2为本发明第一实施例的气动旋转执行器致动原理示意图。
图3为本发明第一实施例的气压控制装置的结构示意图。
图4为本发明第二实施例的气动旋转执行器结构示意图。
图5为本发明第三实施例的气动旋转执行器结构示意图。
图6为本发明第四实施例的气动旋转执行器结构示意图。
图7为本发明第五实施例的气动旋转执行器结构示意图。
图8为本发明第六实施例的气动旋转执行器结构示意图。
图9为本发明第七实施例的气动旋转执行器结构示意图。
图10为本发明第八实施例的气动柔性操作手结构示意图。
图11为本发明第九实施例的气动柔性操作手结构示意图。
图12为本发明第十实施例的气动柔性操作手结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
第一实施例
参阅图1至图3，一种气动旋转执行器，包括至少一个气动旋转模块，所述气动旋转模块包括第一、第二硬质结构块101、柔性薄膜102和气管103，第一、第二硬质结构块101通过与所述柔性薄膜102粘连以铰链方式连接在一起，且所述柔性薄膜102在所述第一、第二硬质结构块101之间的内侧区域形成一个柔性气密封腔体，所述气管103的一端连接所述柔性气密封腔体，所述气管103的一端连接外部的气压控制装置，当所述柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，所述柔性气密封腔体内外的气压差使所述柔性薄膜102向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，牵引第一、第二硬质结构块101发生相向旋转运动或背向旋转运动，使第一、第二硬质结构块101之间的角度产生变化，两者相对旋转的角度由气压差决定，从而利用气动旋转的方式达到执行器的执行效果。
该气动旋转执行器的制作方法简单，且由于该结构较为通用，可以使用多种材料和方法进行制作。硬质结构块101可以采用3D打印、激光切割、注塑、手工折叠等方式加工成型，材料的选择种类多样，仅需满足具有一定的刚度，在气压作用下不产生形变而保持稳定结构，能支撑薄膜的折叠方向并承受一定的负载最终形成旋转运动。在一个实施例中，硬质结构块101采用3D打印技术制成以保证一致性和更便于参数修改与调整，在三维绘图软件(例如，SOLIDWORKS，AutoCAD，Inventor等软件)中绘制出所需的图形后，导入切片软件处理(例如，3D Slicer，Ultimaker Cura等)再导入3D打印机中加工。3D打印材料可选用易于打印的PLA线材或其他的材料。柔性薄膜102采用具有较好的柔韧性且优选不可拉伸变形的材料，优选的材料包括TPU、PE、PVA等。本实施例中选择热塑性TPU作为薄膜。在制作完成硬质结构块101和柔性薄膜102后应将两者固定在一起，一般可采用胶水固定。为了实现更好的气密性，也可以根据材料的具体特性选用其他固定方式，例如在本实施例中由于TPU和PLA均为热塑性材料，采用热风枪在选定位点上加热使得薄膜和硬质结构融合形成严密的整体结构。在气动旋转执行器的一端插入一根软管103并使用软性胶水或其他方式固定，与真空源相连即可产生致动效果。
参见图2，气动旋转执行器的致动原理为，当通过气管103改变柔性薄膜102形成柔性气密封腔体的内部气压时，由于内外存在气压差ΔP，所以薄膜102会向内侧凹陷，牵引两侧硬质结构101相向运动，最终折叠形成角度变化。
所述气压控制装置优选采用负压系统。可使用真空负压驱动方式，通过负压系统对执行器内部的气体进行抽取，产生执行器内外的气压差，以提供使执行器进行弯曲、扭转、旋转的驱动力。负压系统在安全性上更有优势，由于安全性更佳，更便于人机交互操作。
参见图3，在本实施例中，作为气动旋转执行器的控制系统，气压控制装置包括真空气源、气压调节器或电磁阀、控制单元。真空气源是可以提供一定气体负压环境的设备，在此实施例中可以是真空泵。气压调节器以真空气源为输入，根据控制单元提供的控制信号输出相应的气压给对气动旋转执行器，通过输出不同的气压产生不同的致动效果。电磁阀具有开和关两种状态，控制单元通过控制电磁阀的开关状态来改变气动旋转执行器的气压，以产生对气动旋转执行器的致动效果。控制单元可以是微控制器，其根据预设指令向气压调节器或电磁阀施加控制信号。
第二实施例
参见图4，与第一实施例的主要区别在于，第二实施例包括第一气动旋转模块401和第二气动旋转模块402，所述第一气动旋转模块401和所述第二气动旋转模块402各自的一个硬质结构块固定在一起，所述第一气动旋转模块401和所述第二气动旋转模块402各自的所述柔性薄膜反向设置，所述第一气动旋转模块401和所述第二气动旋转模块402各自的另一个硬质结构块在各自的所述柔性气密封腔体内的气压变化时受各自的所述柔性薄膜牵引而发生相向旋转运动或背向旋转运动。
参见图4，本实施例将两个相反方向旋转的气动旋转模块组合在一起，可以实现双向运动。在本实施例中，气动旋转模块组合中可仅有一侧的执行器处在负压致动状态，如图4的左图部分所示，当左侧的第一气动旋转模块401处在负压致动状态而右侧的第二气动旋转模块402处在复原状态时，该气动旋转模块组合向左侧偏转；同理，当左侧的第一气动旋转模块401处在复原状态而右侧的第二气动旋转模块402处在负压致动状态时，该气动旋转模块组合向右侧偏转。本气动旋转模块组合可以实现顺时针和逆时针两个方向的致动效果。
第三实施例
参见图5，与第一实施例的主要区别在于，第三实施例至少包括第一组气动旋转模块51和第二组气动旋转模块52，所述第一组气动旋转模块51包括至少一个气动旋转模块，所述第二组气动旋转模块52包括至少一个气动旋转模块，所述第一组气动旋转模块51和所述第二组气动旋转模块52在旋转轴向平行设置且相互耦合，使得所述第一组气动旋转模块51的至少一个所述硬质结构块的旋转能够带动所述第二组气动旋转模块52的至少一个所述硬质结构块发生旋转，由此，使得所述第二组气动旋转模块52的至少一个所述硬质结构块的旋转角度是所述第二组气动旋转模块52的至少一个所述硬质结构块自身产生的旋转角度和由所述第一组气动旋转模块51带动产生的旋转角度的叠加，其中，所述第二组气动旋转模块52的至少一个所述硬质结构块自身产生的旋转角度是在所述第二组气动旋转模块52的所述柔性薄膜在所述气压差的变化下牵引而产生的旋转角度。
第四实施例
参见图6，与第三实施例的主要区别在于，第四实施例中所述第一组气动旋转模块包括两个气动旋转模块501、503，所述第二组气动旋转模块包括两个气动旋转模块502、504。其中，两个气动旋转模块501、503各自的所述柔性薄膜反向设置，所述两个气动旋转模块501、503各自的一个硬质结构块连接在一起，所述两个气动旋转模块501、503各自的另一个硬质结构块连接在一起。同样地，两个气动旋转模块502、504各自的所述柔性薄膜反向设置，所述两个气动旋转模块502、504各自的一个硬质结构块连接在一起，所述两个气动旋转模块502、504各自的另一个硬质结构块连接在一起。
如图6所示，通过上述方式，将多个同方向旋转的气动执行器叠加组合可以实现大角度运动。在本实施例中，4个顺时针旋转的气动旋转模块501、502、503、504可以通过气管相互连通，当对气动旋转模块501、502、503、504的一个或多个气管施加真空时，气动旋转模块501、502、503、504同时致动旋转实现大角度运动。
第五实施例
参见图7，在第五实施例中，气动旋转执行器包括三个硬质结构块和二个柔性薄膜，其中第一、第二硬质结构块和第一、第二硬质结构块之间的柔性薄膜的布置与第一实施例类似，第三硬质结构块301、第二柔性薄膜302与第二硬质结构块相配合，以串联方式形成可实现夹取操作的齿形结构，即，所述第一硬质结构块与所述第二硬质结构块的连接处、所述第二硬质结构块与所述第三硬质结构块301的连接处位于同一侧，所述第一柔性薄膜和第二柔性薄膜302位于同一侧，其中所述第二柔性薄膜302与所述第三硬质结构块301及所述第二硬质结构块相连并形成第二柔性气密封腔体。可以理解，所述第二柔性气密封腔体也可通过气管(未示出)连接外部的气压控制装置。优选地，第一柔性气密封腔体和第二柔性气密封腔体之间可以是通过硬质结构块上的通孔或通过气管连通的，从而可使用同一气压控制装置控制气压。
第六实施例
参见图8，与第五实施例相比的主要区别在于，气动旋转执行器还包括第四硬质结构块303和第三柔性薄膜304，所述第四硬质结构块303、所述第三柔性薄膜304与所述第三硬质结构块301相配合，以串联方式形成可实现抓取操作的齿形结构，即，所有的硬质结构块之间的连接处位于同一侧，所有的柔性薄膜位于同一侧，其中所述第三柔性薄膜304与所述第四硬质结构块303及所述第三硬质结构块301相连并形成第三柔性气密封腔体。可以理解，所述第三柔性气密封腔体也可通过气管(未示出)连接外部的气压控制装置。优选地，第一柔性气密封腔体和第二柔性气密封腔体之间可以是通过硬质结构块上的通孔或通过气管连通的，从而可使用同一气压控制装置控制气压。
第七实施例
参见图9，与第一实施例不同，第七实施例的气动旋转执行器还包括第五硬质结构块305和第四柔性薄膜306，所述第五硬质结构块305、所述第四柔性薄膜306与第二硬质结构块相配合，与所述至少一个气动旋转模块相串联形成可实现线性运动的Z形结构，即，所述第一硬质结构块与所述第二硬质结构块的连接处、所述第二硬质结构块与所述第五硬质结构块305的连接处位于相反侧，所述第一柔性薄膜和第四柔性薄膜306位于相反侧，其中所述第四柔性薄膜306与所述第五硬质结构块305及所述第二硬质结构块相连并形成第四柔性气密封腔体。可以理解，所述第四柔性气密封腔体也可通过气管(未示出)连接外部的气压控制装置。优选地，第一柔性气密封腔体和第二柔性气密封腔体之间可以是通过硬质结构块上的通孔或通过气管连通的，从而可使用同一气压控制装置控制气压。本实施例的气动旋转执行器致动时，气动旋转执行器模块的角度旋转互相抵消而实现仅线性运动。
第八实施例
参见图10，在第八实施例中，一种气动柔性操作手，包括气动旋转模块601、第一、第二仿生手指602。与实施例一类似，所述气动旋转模块601包括两个硬质结构块、柔性薄膜和气管，所述两个硬质结构块通过与所述柔性薄膜粘连以铰链方式连接在一起，所述柔性薄膜在所述两个硬质结构块之间的内侧区域形成一个柔性气密封腔体，所述气管的一端连接所述柔性气密封腔体，所述气管的一端连接外部的气压控制装置，当所述柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，所述柔性气密封腔体内外的气压差使所述柔性薄膜向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，牵引所述两个硬质结构块发生相向旋转运动或背向旋转运动，使所述两个硬质结构块之间的角度产生变化，第一、第二仿生手指602分别连接所述两个硬质结构块，在所述两个硬质结构块的带动下相互靠近或远离以夹取或释放物体603。当气动旋转模块601致动时，第一、第二仿生手指602之间的角度减小并相互靠近，模拟人体手指结构夹取物体603。由于该气动结构的柔韧性较好，因此致动效果不依赖于物体603的具体形状，可以夹取多种不同几何形状的物体。
第九实施例
参见图11，在第九实施例中，一种气动柔性操作手，包括第一操作手部分71和第二操作手部分72，所述第一操作手部分71包括第一仿生手指结构711和第一仿生手腕结构712，所述第一仿生手腕结构712为第四实施例中所述的气动旋转执行器，所述第一仿生手指结构711为第五实施例中所述的气动旋转执行器，所述第一仿生手腕结构712耦合到所述第一仿生手指结构711以控制所述第一仿生手指结构711产生第一方向的旋转运动，所述第二操作手部分72包括第二仿生手指结构721和第二仿生手腕结构722，所述第二仿生手指结构721为第六实施例中所述的气动旋转执行器，所述第二仿生手腕结构722为与第二实施例类似的气动旋转执行器，所述第二仿生手腕结构722耦合到所述第二仿生手指结构721以控制所述第二仿生手指结构721产生第二方向的旋转运动。
在此实施例中，两个操作手部分71、72分别模拟左手和右手共同完成有关一支离心管73的相关操作。左侧的第一操作手部分71在第一仿生手指结构711致动时可以抓住离心管73的瓶盖，在第一仿生手腕结构712致动时可实现大角度旋转，两者结合可以让左侧的第一操作手部分71实现旋开瓶盖的动作。右侧的第二操作手部分72在第二仿生手指结构721致动时可以抓住离心管73，第二仿生手腕结构722致动时可实现倾斜离心管角度，两者结合实现倾倒离心管内的液体。
第十实施例
参见图12，在第十实施例中，一种气动柔性操作手，包括线性模块801、倾斜模块802和夹取模块803，图12中左侧为主视角度观察，右侧为后视角度观察。所述线性模块801为第七实施例中所述的气动旋转执行器，所述倾斜模块802为第一实施例中所述的气动旋转执行器，所述夹取模块803为第八实施例中所述的气动柔性操作手或第五实施例中所述的气动旋转执行器，所述线性模块801耦合到所述倾斜模块802以控制所述倾斜模块802产生线性运动，所述倾斜模块802耦合到所述夹取模块803以控制所述夹取模块803产生倾斜角度。
在此实施例中，气动柔性操作手可以控制一根塑料滴管804。气动柔性操作手的各模块均由气动旋转执行器组合而成。线性模块801将两个反向气动旋转执行器模块组合在一起，致动时抵消二者的角度旋转而实现仅线性运动，该线性模块801用来控制滴管的垂直方向运动。倾斜模块802由一个气动旋转执行器模块构成，用来控制滴管的倾斜角度。夹取模块803采用第八实施例中所述的气动柔性操作手，也可以用第五实施例中所述的气动旋转执行器代替，用来夹取滴管，并通过施加不同的夹取力实现握持和挤压两种操作。
如前述实施例所述，本发明的气动旋转执行器可利用负压驱动实现致动，并可模块化组合而实现双向运动、大角度运动以及直线运动。通过基于气动旋转执行器的多种模块化组合，可实现气压驱动的各种柔性操作手。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (10)
1.一种气动旋转执行器，其特征在于，包括至少一个气动旋转模块，所述气动旋转模块包括第一硬质结构块、第二硬质结构块、柔性薄膜和气管，所述第一硬质结构块和所述第二硬质结构块通过与所述柔性薄膜粘连以铰链方式连接在一起，所述柔性薄膜在所述第一硬质结构块和所述第二硬质结构块之间的内侧区域形成一个柔性气密封腔体，所述气管的一端连接所述柔性气密封腔体，所述气管的一端连接外部的气压控制装置，当所述柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，所述柔性气密封腔体内外的气压差使所述柔性薄膜向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，牵引所述第一硬质结构块和所述第二硬质结构块发生相向旋转运动或背向旋转运动；优选地，所述气压控制装置为负压系统。
2.如权利要求1所述的气动旋转执行器，其特征在于，所述至少一个气动旋转模块包括第一气动旋转模块和第二气动旋转模块，所述第一气动旋转模块和所述第二气动旋转模块各自的一个硬质结构块固定在一起，所述第一气动旋转模块和所述第二气动旋转模块各自的所述柔性薄膜反向设置，所述第一气动旋转模块和所述第二气动旋转模块各自的另一个硬质结构块在各自的所述柔性气密封腔体内的气压变化时受各自的所述柔性薄膜牵引而发生相向旋转运动或背向旋转运动。
3.如权利要求1所述的气动旋转执行器，其特征在于，所述至少一个气动旋转模块包括第一组气动旋转模块和第二组气动旋转模块，所述第一组气动旋转模块包括至少一个气动旋转模块，所述第二组气动旋转模块包括至少一个气动旋转模块，所述第一组气动旋转模块和所述第二组气动旋转模块在旋转轴向平行设置且相互耦合，使得所述第一组气动旋转模块的至少一个所述硬质结构块的旋转能够带动所述第二组气动旋转模块的至少一个所述硬质结构块发生旋转，由此，使得所述第二组气动旋转模块的至少一个所述硬质结构块的旋转角度是所述第二组气动旋转模块的至少一个所述硬质结构块自身产生的旋转角度和由所述第一组气动旋转模块带动产生的旋转角度的叠加，其中，所述第二组气动旋转模块的至少一个所述硬质结构块自身产生的旋转角度是在所述第二组气动旋转模块的所述柔性薄膜在所述气压差的变化下牵引而产生的旋转角度。
4.如权利要求3所述的气动旋转执行器，其特征在于，所述第一组气动旋转模块和所述第二组气动旋转模块各自包括两个气动旋转模块，所述两个气动旋转模块各自的所述柔性薄膜反向设置，所述两个气动旋转模块各自的一个硬质结构块连接在一起，所述两个气动旋转模块各自的另一个硬质结构块连接在一起。
5.如权利要求1所述的气动旋转执行器，其特征在于，还包括第三硬质结构块和第二柔性薄膜，所述第三硬质结构块、所述第二柔性薄膜与所述第二硬质结构块相配合，与所述至少一个气动旋转模块相串联形成可实现夹取操作的齿形结构，即，所述第一硬质结构块与所述第二硬质结构块的连接处、所述第二硬质结构块与所述第三硬质结构块的连接处位于同一侧，所述第一柔性薄膜和第二柔性薄膜位于同一侧，其中所述第二柔性薄膜与所述第三硬质结构块及所述第二硬质结构块相连并形成第二柔性气密封腔体。
6.如权利要求5所述的气动旋转执行器，其特征在于，还包括第四硬质结构块和第三柔性薄膜，所述第四硬质结构块、所述第三柔性薄膜与所述第三硬质结构块相配合，与所述至少一个气动旋转模块相串联形成可实现抓取操作的齿形结构，即，所有的硬质结构块之间的连接处位于同一侧，所有的柔性薄膜位于同一侧，其中所述第三柔性薄膜与所述第四硬质结构块及所述第三硬质结构块相连并形成第三柔性气密封腔体。
7.如权利要求1所述的气动旋转执行器，其特征在于，还包括第五硬质结构块和第四柔性薄膜，所述第五硬质结构块、所述第四柔性薄膜与所述第二硬质结构块相配合，与所述至少一个气动旋转模块相串联形成可实现线性运动的Z形结构，即，所述第一硬质结构块与所述第二硬质结构块的连接处、所述第二硬质结构块与所述第五硬质结构块的连接处位于相反侧，所述第一柔性薄膜和第四柔性薄膜位于相反侧，其中所述第四柔性薄膜与所述第五硬质结构块及所述第二硬质结构块相连并形成第四柔性气密封腔体。
8.一种气动柔性操作手，其特征在于，包括气动旋转模块、第一仿生手指和第二仿生手指，所述气动旋转模块包括两个硬质结构块、柔性薄膜和气管，所述两个硬质结构块通过与所述柔性薄膜粘连以铰链方式连接在一起，所述柔性薄膜在所述两个硬质结构块之间的内侧区域形成一个柔性气密封腔体，所述气管的一端连接所述柔性气密封腔体，所述气管的一端连接外部的气压控制装置，当所述柔性气密封腔体内的气压受控制而发生减小或增大的变化时，所述柔性气密封腔体内外的气压差使所述柔性薄膜向内侧凹陷或向外侧鼓起展开，牵引所述两个硬质结构块发生相向旋转运动或背向旋转运动，所述第一仿生手指和第二仿生手指分别连接所述两个硬质结构块，在所述两个硬质结构块的带动下相互靠近或远离以夹取或释放物体。
9.一种气动柔性操作手，其特征在于，包括第一操作手部分和第二操作手部分，所述第一操作手部分包括第一仿生手指结构和第一仿生手腕结构，所述第一仿生手指结构为如权利要求5所述的气动旋转执行器，所述第一仿生手腕结构为如权利要求4所述的气动旋转执行器，所述第一仿生手腕结构耦合到所述第一仿生手指结构以控制所述第一仿生手指结构产生第一方向的旋转运动，所述第二操作手部分包括第二仿生手指结构和第二仿生手腕结构，所述第二仿生手指结构为如权利要求6所述的气动旋转执行器，所述第二仿生手腕结构为如权利要求2所述的气动旋转执行器，所述第二仿生手腕结构耦合到所述第二仿生手指结构以控制所述第二仿生手指结构产生第二方向的旋转运动。
10.一种气动柔性操作手，其特征在于，包括线性模块、倾斜模块和夹取模块，所述线性模块为如权利要求7所述的气动旋转执行器，所述倾斜模块为如权利要求1所述的气动旋转执行器，所述夹取模块为如权利要求8所述的气动柔性操作手或如权利要求5所述的气动旋转执行器，所述线性模块耦合到所述倾斜模块以控制所述倾斜模块产生线性运动，所述倾斜模块耦合到所述夹取模块以控制所述夹取模块产生倾斜角度。
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