CN112757326A - 一种软体执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软体执行器，涉及软体机器人技术领域；软体执行器至少包括：上层、限制增强结构以及底层；所述上层和所述底层的边缘粘合在一起，形成气密性空腔；在所述气密性空腔内部粘合一个或多个所述限制增强结构，限制所述上层和所述底层的膨胀；实现的效果是：执行器的弯曲运动效果增强；由较为轻薄的材料构成，因此重量更轻，体积更小；而且通过稳定性的粘合，使得执行器的精度更高，制备更加简单，成品的一致性更高。
Description
技术领域
本公开涉及软体机器人技术领域，具体涉及一种软体执行器。
背景技术
软体机器人的概念和技术出现以后即受到了许多关注，其可简单地由组成的材料特性进行判断区分。相比于使用金属、硬质塑料等刚性结构制成的传统刚性机器人，软体机器人的主要驱动部分使用的是杨氏模量更小的软材料制成，如硅橡胶、水凝胶、布料等。因此相对于传统刚性机器人，软体机器人具有更好的柔顺性，更安全的人机交互性，更强的环境适应性。在许多学者、技术人员的研究下，目前软体机器人已经在工业、军事、医疗等各方面有了一些应用，如软体末端执行器、各种仿生机器人、医疗的辅助康复运动设备等。
目前技术更成熟的软体末端执行器大多采用硅橡胶制成，但现有的硅橡胶类执行器价格昂贵经济性较差，而且由于硅橡胶本身不具备各向异性，因此若要使执行器能够完成弯曲、扭转等运动，需要给其设置较为复杂的结构或外加限制。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本公开实施例提出了一种软体执行器，能够解决现有技术中存在的软体执行器造价高且需要在外部设置复杂结构等问题。
本公开实施例公开了一种软体执行器，至少包括：上层、限制增强结构以及底层；
所述上层和所述底层的边缘粘合在一起，形成气密性空腔；
在所述气密性空腔内部粘合一个或多个所述限制增强结构，限制所述上层和所述底层的膨胀。
在一些实施例中，所述上层和所述底层均由具有弹性/拉伸性能的布料构成，且所述上层布料的弹性/拉伸性能大于或小于所述下层布料的弹性/拉伸性能。
在一些实施例中，所述布料为一面或双面覆盖了TPU和/或PVC膜材的复合布料。
在一些实施例中，通过高周波熔接机和/或缝制和/或胶水粘接的方式实现粘合。
在一些实施例中，所述限制增强结构在所述执行器的长度方向上均匀或非均匀的分布。
在一些实施例中，所述限制增强结构由不具备弹性/拉伸性能的布料构成。
在一些实施例中，所述限制增强结构可被拉直的高度应小于所述气密性空腔充气后的高度；所述限制增强结构的长度应小于所述气密性空腔的宽度。
在一些实施例中，所述软体执行器还包括进气口，位于所述软体执行器的任意一侧。
在一些实施例中，所述软体执行器还包括小型或柔性传感器，实现对所述软体执行器的精准控制。
本公开实施例的有益效果是：无需在外部设置复杂的结构，通过在执行器内部粘合限制增强结构使得执行器的弯曲运动效果增强；同时由较为轻薄的材料构成，因此重量更轻，体积更小；而且通过稳定性的粘合，使得软体执行器的精度更高，制备更加简单，成品的一致性更高。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本公开的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本公开进行任何限制，在附图中：
图1是根据本公开的一些实施例所示的一种软体执行器侧视剖面示意图；
图2是根据本公开的一些实施例所示的充气拉直后的限制增强结构侧视图；
图3是根据本公开的一些实施例所示的无限制结构的气囊的示意图；
图4是根据本公开的一些实施例所示的限制增强结构和执行器的俯视图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，通过示例阐述了本公开的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本公开显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本公开中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。
应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本公开所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。
本公开所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本公开范围。如本公开说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。
参看下面的说明以及附图，本公开的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的粘合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本公开的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。
本公开中使用了多种结构图用来说明根据本公开的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本公开。本公开的保护范围以权利要求为准。
软体机器人的概念和技术出现以后即受到了许多关注，其可简单地由组成的材料特性进行判断区分。相比于使用金属、硬质塑料等刚性结构制成的传统刚性机器人，软体机器人的主要驱动部分使用的是杨氏模量更小的软材料制成，如硅橡胶、水凝胶、布料等。因此相对于传统刚性机器人，软体机器人具有更好的柔顺性，更安全的人机交互性，更强的环境适应性。在许多学者、技术人员的研究下，目前软体机器人已经在工业、军事、医疗等各方面有了一些应用，如软体末端执行器、各种仿生机器人、医疗的辅助康复运动设备等。
目前技术更成熟的软体末端执行器大多采用硅橡胶制成，但现有的硅橡胶类执行器价格昂贵经济性较差，而且由于硅橡胶本身不具备各向异性，因此若要使执行器能够完成弯曲、扭转等运动，需要给其设置较为复杂的结构或外加限制。
为解决上述问题，本公开实施例提供了一种软体执行器，如图1所示，至少包括：上层1、限制增强结构2以及底层3；
所述上层1和所述底层3的边缘粘合在一起，形成气密性空腔；
在所述气密性空腔内部粘合一个或多个所述限制增强结构2，限制所述上层1和所述底层3的膨胀。
在一些实施例中，所述上层1和所述底层3均由具有弹性/拉伸性能的布料构成，且所述上层1布料的弹性/拉伸性能大于或小于所述下层布料的弹性 /拉伸性能。
具体地，当往气密性空腔内充气时，气压产生的力能够使上层1和底层3分别发生膨胀；此时，为了实现执行器弯曲运动的必要条件，上层1的弹性或拉伸性能势必要大于底层3；当然，也可以将上层1和底层3的属性转换，则充气后执行器弯曲的方向与前述相反。
在一些实施例中，所述布料为一面或双面覆盖了TPU和/或PVC膜材的复合布料。
在一些实施例中，通过高周波熔接机和/或缝制和/或胶水粘接的方式实现粘合。
具体地，布料间可用胶水粘接、脉冲封口机等热压设备热压、高周波熔接机（高周波熔断机）等方式进行粘合，但必须保证气密性。
具体地，图1所示的软体执行器的两端为粘合密封区域。
在一些实施例中，所述限制增强结构2在所述执行器的长度方向上均匀或非均匀的分布。
在一些实施例中，所述限制增强结构2由不具备弹性/拉伸性能的布料构成。
在一些实施例中，所述限制增强结构2可设置成拱形或波浪形或其他任意形状，限制上层和底层在限制增强结构所在位置处的膨胀。
优选地，上层1为伸展层，具有良好的拉伸性和弹性，其易拉伸方向可沿着执行器的长度方向；中间限制结构由一段不具弹性和拉伸性的材料构成，其主要作用为限制上下两层在该位置的膨胀幅度，使执行器实现弯曲效果的同时，制备过程更简单，同时该结构不会将其左右两部分的充气空间完全分隔，可使用梭织布料，如尼龙等；下层为限制层，由拉伸和弹性很小的布料构成。
在一些实施例中，所述限制增强结构2的高度应小于所述气密性空腔充气后的高度；所述限制增强结构2的宽度应小于所述气密性空腔的宽度。
具体地，如图2-图4所示，对所述限制增强结构2的要求如下：
（1）高度：充气后，假设限制增强结构2可被拉直高度为h（h为大于0的自然数），气密性空腔/气囊在无任何限制结构状态下的膨胀高度为b（b为大于0的自然数），则0<h<b，在这个范围内可以使执行器的弯曲效果更好；
（2）长度：充气后，整个执行器除去两侧粘合部分5后的宽度为c（c为大于0的自然数），即整个气密性空腔的宽度为c，增强结构的长度为d（d为大于0的自然数），则0<d<c，且为轴对称放置；
（3）宽度：对增强结构的宽度无明确限制性要求，可根据实际使用情况进行设置；
（4）数量和分布：增强结构的数量仅受执行器长度的限制，可在其上均匀或非均匀排布。
在本公开实施例中，可通过调整限制增强结构的尺寸、位置来改善整个执行器的运动效果，也可以通过调整限制增强结构的粘合间距、宽度等参数调整执行器的实际性能。通过改变整个软体执行器的外形尺寸，可以做出类似结构不同大小的软执行器，包括但不限于运用在手指、膝盖等活动关节的辅助康复器具、辅助运动器具、软体夹爪等领域。
在一些实施例中，所述软体执行器还包括进气口4，位于所述软体执行器的任意一侧。
进一步地，进气口4可直接粘合进气管，可使用螺纹进气接口并密封，还可使用TPU气嘴等结构。
在一些实施例中，所述软体执行器还可以包括小型或柔性传感器，实现精准控制。
综上所述，本公开提出了一种软体执行器，无需在外部设置复杂的结构，通过在执行器内部粘合限制增强结构使得执行器的运动效果增强；同时由较为轻薄的材料构成，因此重量更轻，体积更小；而且通过稳定性的粘合，使得执行器的精度更高，制备更加简单，成品的一致性更高。
应当理解的是，本公开的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本公开的原理，而不构成对本公开的限制。因此，在不偏离本公开的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。此外，本公开所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种软体执行器，其特征在于，至少包括：上层、限制增强结构以及底层；
所述上层和所述底层的边缘粘合在一起，形成气密性空腔；
在所述气密性空腔内部粘合一个或多个所述限制增强结构，限制所述上层和所述底层的膨胀。
2.根据权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，所述上层和所述底层均由具有弹性/拉伸性能的布料构成，且所述上层布料的弹性/拉伸性能大于或小于所述下层布料的弹性/拉伸性能。
3.根据权利要求2所述的软体执行器，其特征在于，所述布料为一面或双面覆盖了TPU和/或PVC膜材的复合布料。
4.根据权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，通过高周波熔接机和/或缝制和/或胶水粘接的方式实现粘合。
5.根据权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，所述限制增强结构在所述执行器的长度方向上均匀或非均匀的分布。
6.根据权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，所述限制增强结构由不具备弹性/拉伸性能的布料构成。
7.根据权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，所述限制增强结构可被拉直的高度应小于所述气密性空腔充气后的高度；所述限制增强结构的长度应小于所述气密性空腔的宽度。
8.根据权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，所述软体执行器还包括进气口，位于所述软体执行器的任意一侧。
9.根据权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，所述软体执行器还包括小型或柔性传感器，实现对所述软体执行器的精准控制。
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