CN112828864B - 软体机器人驱动器及模具 - Google Patents

Abstract

软体机器人驱动器及模具，该软体机器人驱动器包括柔性基板及形变腔，所述形变腔的一端与所述柔性基板相连，并在另一端形成自由端，所述形变腔有多个，多个所述形变腔沿同一方向在所述柔性基板上间隔设置，在所述形变腔内设置有加热装置及液‑气相变工质。该软体机器人驱动器的结构较为简单，且具有较快的响应速度。

Description

软体机器人驱动器及模具

技术领域

本发明涉及柔性技术领域，尤其是一种软体机器人驱动器及制作该软体机器人驱动器的模具。

背景技术

目前，软体机器人已经成为机器人领域的一个研究热点。与传统刚性机器人不同，该机器人主要是由软材料组成，例如硅胶、水凝胶和形状记忆聚合物等。这类机器人具有较高灵活性、安全性以及环境适应能力。目前软体机器人的驱动方法主要为气动驱动。气动驱动是目前较为成熟且应用最为广泛的一种驱动方式。该方法具有结构简单、响应速度快以及驱动力强等优点，然而目前该方法的气体来源大多数采用气泵、电磁阀和复杂的控制电路作为其控制系统，且还需较长的软管连接驱动器与气泵，结构较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种软体机器人驱动器及制作软体机器人驱动器的模具，该软体机器人驱动器的结构较为简单，且具有较快的响应速度。

本发明提供了一种软体机器人驱动器，包括柔性基板及形变腔，所述形变腔的一端与所述柔性基板相连，并在另一端形成自由端，所述形变腔有多个，多个所述形变腔沿同一方向在所述柔性基板上间隔设置，在所述形变腔内设置有加热装置及液-气相变工质，所述软体机器人驱动器包括冷凝腔，在所述形变腔的腔壁内形成有流道，所述冷凝腔的内部与所述流道连通，在所述冷凝腔内设置有冷凝介质，所述形变腔在形变时挤压所述冷凝腔，并将所述冷凝腔内的冷凝介质从所述冷凝腔内挤入所述流道内。

进一步地，所述形变腔包括沿多个所述形变腔排列方向延伸的第一侧壁，及沿垂直于多个形变腔排列方向延伸的第二侧壁，所述第一侧壁的厚度大于所述第二侧壁的厚度。

进一步地，所述冷凝腔与所述形变腔共用所述形变腔的第二侧壁。

进一步地，所述冷凝腔设置于所述柔性基板的端部，或设置于两个相邻的所述形变腔之间。

进一步地，在所述形变腔的第一侧壁的位置上还设置有内壁，所述第一侧壁与所述内壁之间形成有夹层空间，相邻的两个所述形变腔的夹层空间之间通过连通道相互连通，所述流道由所述夹层空间及两个所述夹层空间之间的连通道形成。

进一步地，在所述流道上还设置有与外界连通的连通口。

进一步地，所述加热装置为电阻丝，所述电阻丝布设于所述形变腔的第一侧壁上和/或所述形变腔自由端一侧的侧壁上。

进一步地，所述形变腔及冷凝腔由硅胶材质制成，所述冷凝介质为液态金属，所述液态金属的导热系数大于所述形变腔材料的导热系数，所述液-气相变工质为电子氟化液Nevc7000。

进一步地，所述柔性基板包括盖板、形变限制层及连接框，多个所述形变腔通过所述连接框相连，所述流道形成于所述连接框上，所述盖板盖设于所述连接框上，对所述形变腔进行密封，所述形变限制层的延伸方向与所述盖板相同，并设置于所述盖板与所述连接框之间，所述形变限制层对所述形变腔沿垂直于所述柔性基板方向的作用力进行抵抗。

本发明还提供了一种模具，包括第一模具、第二模具及第三模具，所述第一模具包括板体，以及设置于所述板体上的第一凸起部，多个所述第一凸起部沿所述板体的轴向间隔设置于所述板体上，所述第二模具上形成有套设于所述第一凸起部外部及填充于两个相邻的所述第一凸起部之间的框架，所述第三模具为与所述板体远离所述第一凸起部一侧形状相适应的平板，在所述平板周边形成有边框，在所述板体上还设置有第二凸起部，所述第二凸起部设置于所述板体沿所述第一凸起部排列方向的端部上，并与所述第一凸起部间隔设置，所述第一凸起部上形成有沿多个所述第一凸起部排列方向延伸的第一侧面，在每一个所述第一凸起部的第一侧面所在的一侧均设置有隔板，所述隔板与所述第一凸起部间隔设置，在所述板体上还设置有第一凸起边，所述第一凸起边连接于两个相邻的所述隔板之间，以及所述隔板与所述第二凸起部之间。

综上所述，本发明通过设置容置冷凝介质的冷凝腔，并在形变腔的腔壁内设置于冷凝腔连通的流道，冷凝介质能够被形变腔形变时产生的压力送入腔壁内的流道内，而在回复原有形状后，又能够由于冷凝腔内的负压而被重新吸入冷凝腔内，这就可以不再设置冷凝介质的驱动装置，简化软体机器人驱动器的结构。进一步地，由于在形变腔发生形变的同时，冷凝介质就会挤入形变腔腔壁的流道内，这样能够更加迅速吸收形变腔内的热量，以提高软体机器人驱动器的响应速度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的软体机器人驱动器的结构示意图。

图2所示为图1中软体机器人驱动器的侧视结构示意图。

图3所示为图2中III-III方向的截面结构示意图。

图4所示为图1中软体机器人驱动器弯曲时的结构为示意图。

图5所示为图1中软体机器人驱动器的分解结构示意图。

图6所示为图5中壳体的结构示意图。

图7所示为第一模具的结构示意图。

图8所示为第二模具的结构示意图。

图9所示为第三模具的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本发明提供了一种软体机器人驱动器及制作软体机器人驱动器的模具，该软体机器人驱动器的结构较为简单，且具有较快的响应速度。

图1所示为本发明实施例提供的软体机器人驱动器的结构示意图，图2所示为图1中软体机器人驱动器的侧视结构示意图，图3所示为图2中III-III方向的截面结构示意图，图4所示为图1中软体机器人驱动器弯曲时的结构为示意图。如图1至图4所示，本发明提供的软体机器人驱动器包括柔性基板10、形变腔20，形变腔20的一端与柔性基板10相连，并在相对的另一端形成自由端211，形变腔20有多个，多个形变腔20沿同一方向在柔性基板10上间隔设置，在形变腔20内设置有加热装置22及液-气相变工质。

在本实施例中，当形变腔20内的加热装置22加热时，液-气相变工质从液态受热变为气态，会使形变腔20发生膨胀，由于形变腔20的一端与柔性基板10相连，而另一端为自由端211，因此，形变腔20在形变后，每一个形变腔20会对其它形变腔20施加一个沿多个形变腔20布设方向的作用力，在形变腔20及基板11共同的作用下，能够带动柔性基板10向远离形变腔20自由端211一侧弯曲，以达到驱动软体机器人驱动器的目的。因此，该结构较为简单，且具有较快的响应速度。

进一步地，该软体机器人驱动器还包括冷凝腔30，在形变腔20的腔壁内形成有流道23，冷凝腔30的内部与流道23相连通，在冷凝腔30内设置有冷凝介质，形变腔20与冷凝腔30之间位置的设置，使得形变腔20在形变时挤压冷凝腔30，并将冷凝介质从冷凝腔30内挤入流道23内。

在本实施例中，通过设置容置冷凝介质的冷凝腔30，并在形变腔20的腔壁内设置与冷凝腔30连通的流道23，当该软体机器人驱动器弯曲时，由于形变腔20发生形变，以对冷凝腔30进行挤压，冷凝腔30内的冷凝介质就可以被送入到腔壁内的流道23内，冷凝介质会带走相变工质的热量，使得气态的相变工质重新变为液态。在相变工质变为液态后，形变腔20回复原有形状，软体机器人驱动器复位，此时，冷凝腔30也会由于形变腔20挤压力的消失而回复原有形状，由于冷凝腔30内形成负压，冷凝介质就会被重新吸入冷凝腔30内，以待下次动作。

由于在上述步骤中，冷凝介质能够被形变腔20形变时产生的压力送入腔壁内的流道23内，而在回复原有形状后，又能够由于冷凝腔30内的负压而被重新吸入冷凝腔30内，这就可以不再设置冷凝介质的驱动装置，简化软体机器人驱动器的结构。进一步地，由于在形变腔20发生形变的同时，冷凝介质就会挤入形变腔20腔壁的流道23内，这样能够更加迅速吸收形变腔20内的热量，以进一步地提高软体机器人驱动器的响应速度。

进一步地，在本实施例中，形变腔20包括沿多个形变腔20排列的方向延伸的第一侧壁212，也即位于整个柔性机器人的侧面的侧壁，以及沿垂直于多个形变腔20排列方向延伸的第二侧壁213，也即位于相邻形变腔20间隔处的侧壁。在本实施例中，第一侧壁212的厚度大于第二侧壁213的厚度，以使得形变腔20的形变尽量集中于第二侧壁213上，使柔性机器人能够更好地向着同一方向弯曲，减少热能的浪费。优选地，第一侧壁212的厚度大于第二侧壁213厚度的二倍，第一侧壁212的厚度为2-4mm，而第二侧壁213的厚度为1-2mm。

请继续参照图1，在本实施例中，冷凝腔30设置于柔性基板10的端部，并紧挨柔性基板10端部的形变腔20的第二侧壁213设置。优选地，冷凝腔30与该形变腔20共用一个第二侧壁213，以使形变腔20能够更容易地将冷凝腔30内的冷凝介质挤入流道23内。

可以理解地，在其它实施例中，冷凝腔30还可以设置于其它位置，如两个形变腔20之间，或者位于形变腔20自由端211的一侧。

进一步地，在形变腔20的第一侧壁212的位置上还设置有内壁214，第一侧壁212与内壁214之间形成有夹层空间215，相邻的两个形变腔20的夹层空间215之间通过连通道(图未标出)相互连通，上述的流道23由夹层空间215及连接于两个夹层空间215的连通道形成。通过夹层空间215的设置，一方面扩大了冷凝介质与形变腔20的接触面积，加速了热量的交换，另一方面还可以对形变腔20在第二侧壁213方向上的形变进行进一步地缓冲及约束。

进一步地，在流道23上还设置有与外界连通的连通口231(见图6)，在冷凝介质进入流道23后，流道23后的空气可以通过连通口231排出。如图6所示，连通口231位于多个形变腔20中远离冷凝腔30的形变腔20上。在本实施例中，通过对冷凝腔30内冷凝介质的量，以及流道23的长度的控制，能够保证冷凝介质在被挤出时，不会从连通口231溢出。

进一步地，在本实施例中，加热装置22为电阻丝，电阻丝固定于形变腔20第一侧壁212上，也即位于整个软体机器人驱动器的侧面的侧壁上，以及形变腔20自由端211一侧的侧壁上。上述的设置，能够使得电阻丝在承担加热的功能外，还可以对第一侧壁212方向以及自由端211方向上形变前的形变进行限制。

在本实施例中，形变腔20及冷凝腔30可以为由硅胶材质制成的形变腔20及冷凝腔30，其相变工质可以为电子氟化液Nevc7000，而冷凝介质可以为液态金属，该液态金属的导热系数要大于形变腔20材料的导热系数。

图5所示为图1中软体机器人驱动器的分解结构示意图，图6所示为图5中壳体的结构示意图。如图5及图6所示，更为具体地，柔性基板10包括盖板11、形变限制层12及连接框13，多个形变腔20通过连接框13相连，连通两个形变腔20夹层空间215之间，以及连通形变腔20与冷凝腔30之间的管路均形成于连接框13上。盖板11盖设于连接框13上，对形变腔20进行密封，形变限制层12的延伸方向与盖板11相同，并设置于盖板11与连接框13之间。该形变限制层12对形变腔20沿平行于柔性基板10方向的作用力进行抵抗。

在本实施例中，通过形变限制层12的设置，以对形变腔20沿平行于柔性基板10方向的作用力进行抵抗，也即，可以减少柔性基板10上出现沿软体机器人驱动器轴向拉伸延长现象的发生，以便于使得柔性基板10能够更好地在形变腔20的带动下进行弯曲。

优选地，为了能够达到抵抗形变腔20沿驱动器轴向的拉伸变形的效果，形变限制层12材料的杨氏模量大于形变腔20材料的杨氏模量。该形变限制层12可是以纸或塑料薄膜等。

优选地，在形变限制层12上朝向形变腔20一侧的表面上还设置有与连接框13相同材料制成的连接层(图未示出)，以保证与连接框13连接的稳固。换句话说，形变限制层12也可以理解为埋设于盖板11内。

进一步地，如图6所示，在两个相邻的形变腔20的内部之间，还设置有连通管24。连通管24的设置，能够对形变腔20内部气体的压力进行调整，以更好地使得软体机器人驱动器进行弯曲。

综上所述，本发明通过设置容置冷凝介质的冷凝腔30，并在形变腔20的腔壁内设置于冷凝腔30连通的流道23，冷凝介质能够被形变腔20形变时产生的压力送入腔壁内的流道23内，而在回复原有形状后，又能够由于冷凝腔30内的负压而被重新吸入冷凝腔30内，这就可以不再设置冷凝介质的驱动装置，简化软体机器人驱动器的结构。进一步地，由于在形变腔20发生形变的同时，冷凝介质就会挤入形变腔20腔壁的流道23内，这样能够更加迅速吸收形变腔20内的热量，以提高软体机器人驱动器的响应速度。

图7所示为第一模具的结构示意图，图8所示为第二模具的结构示意图，图9所示为第三模具的结构示意图。如图7至图9所示，本发明还提供了制作上述软体机器人驱动器的模具，该模具包括第一模具40、第二模具50及第三模具60，该第一模具40包括板体41及设置于板体41上的第一凸起部42及第二凸起部43，第二凸起部43及多个第一凸起部42沿板体41的轴向间隔设置于板体41上，第一凸起部42上形成有与沿多个第一凸起部42排列方向延伸的第一侧面421，以及沿垂直于多个第一凸起部42排列方向延伸的第二侧面422，在每一个第一凸起部42的第一侧面421所在一侧均设置有隔板423，隔板423与第一凸起部42间隔设置，在板体41上还设置有第一凸起边44，第一凸起边44连接于两个相邻的隔板423之间，以及隔板423与第二凸起部43之间。第二模具50上形成有用于套设于第一凸起部42与第二凸起部43外部，及填充于两个第二凸起部43之间间隙中的框架，第三模具60为与板体41远离第一凸起部42及第二凸起部43一侧形状相适应的平板，在平板周边形成有边框。

进一步地，在第一凸起部42的顶部上及第一侧面421上，还形成有用于安装电阻丝的凹槽。

进一步地，在两个第一凸起部42之间还连接有第二凸起边45。

在进行前述软体机器人驱动器制作时，首先在第一凸起部42的第一侧面421及第一凸起部42的顶部上的凹槽处布设电阻丝；继而将第二模具50套设于第一模具40上，使得边框设置于两个第一凸起部42，以及第一凸起部42与第二凸起部43之间。然后向边框与第一凸起部42及第二凸起部43之间的间隙内添加胚料，并进行第一次固化。在第一次固化后，在第二模具50与第一模具40之间就会形成形变腔20及冷凝腔30的腔壁，由于隔板423的存在，在形变腔20的侧壁上会形成夹层空间215，以及连接于夹层空间215及冷凝腔30之间的通道，以在形变腔20的侧壁上形成流道23，且流道23与冷凝腔30相连。由于第二凸起边的存在，两个形变腔20之间会形成有连通管24，由于电阻丝在固化前布设于第一凸起部42上，而形变腔20的胚料是一种粘稠的溶液，因此，在胚料固化形成形变腔20时，电阻丝能够被固化于形变腔20内，不需要额外进行电阻丝的布设。

在第一次固化后，首先将一部分胚料倒入第三模具60内，其次放入形变限制层12，然后再次倒入胚料，以将形变限制层12埋入胚料内，最后将第一次固化后的胚料放置于第三模具60上，并进行固化，以形成软体机器人驱动器的外部结构。

在软体机器人驱动器的外部结构的制作完成后，将液-气相变工质以及冷凝介质分别注入形变腔20及冷凝腔30内。即可完成软体机器人驱动器的制作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种软体机器人驱动器，其特征在于：包括柔性基板及形变腔，所述形变腔的一端与所述柔性基板相连，并在另一端形成自由端，所述形变腔有多个，多个所述形变腔沿同一方向在所述柔性基板上间隔设置，在所述形变腔内设置有加热装置及液-气相变工质，所述软体机器人驱动器包括冷凝腔，在所述形变腔的腔壁内形成有流道，所述冷凝腔的内部与所述流道连通，在所述冷凝腔内设置有冷凝介质，所述形变腔在形变时挤压所述冷凝腔，并将所述冷凝腔内的冷凝介质从所述冷凝腔内挤入所述流道内。

2.根据权利要求1所述的软体机器人驱动器，其特征在于：所述形变腔包括沿多个所述形变腔排列方向延伸的第一侧壁，及沿垂直于多个形变腔排列方向延伸的第二侧壁，所述第一侧壁的厚度大于所述第二侧壁的厚度。

3.根据权利要求2所述的软体机器人驱动器，其特征在于：所述冷凝腔与所述形变腔共用所述形变腔的第二侧壁。

4.根据权利要求2所述的软体机器人驱动器，其特征在于：所述冷凝腔设置于所述柔性基板的端部，或设置于两个相邻的所述形变腔之间。

5.根据权利要求2所述的软体机器人驱动器，其特征在于：在所述形变腔的第一侧壁的位置上还设置有内壁，所述第一侧壁与所述内壁之间形成有夹层空间，相邻的两个所述形变腔的夹层空间之间通过连通道相互连通，所述流道由所述夹层空间及两个所述夹层空间之间的连通道形成。

6.根据权利要求5所述的软体机器人驱动器，其特征在于：在所述流道上还设置有与外界连通的连通口。

7.根据权利要求2所述的软体机器人驱动器，其特征在于：所述加热装置为电阻丝，所述电阻丝布设于所述形变腔的第一侧壁上和/或所述形变腔自由端一侧的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的软体机器人驱动器，其特征在于：所述形变腔及冷凝腔由硅胶材质制成，所述冷凝介质为液态金属，所述液态金属的导热系数大于所述形变腔材料的导热系数，所述液-气相变工质为电子氟化液Nevc7000。

9.根据权利要求1所述的软体机器人驱动器，其特征在于：所述柔性基板包括盖板、形变限制层及连接框，多个所述形变腔通过所述连接框相连，所述流道形成于所述连接框上，所述盖板盖设于所述连接框上，对所述形变腔进行密封，所述形变限制层的延伸方向与所述盖板相同，并设置于所述盖板与所述连接框之间，所述形变限制层对所述形变腔沿垂直于所述柔性基板方向的作用力进行抵抗。

10.一种模具，其特征在于：包括第一模具、第二模具及第三模具，所述第一模具包括板体，以及设置于所述板体上的第一凸起部，多个所述第一凸起部沿所述板体的轴向间隔设置于所述板体上，所述第二模具上形成有套设于所述第一凸起部外部及填充于两个相邻的所述第一凸起部之间的框架，所述第三模具为与所述板体远离所述第一凸起部一侧形状相适应的平板，在所述平板周边形成有边框，在所述板体上还设置有第二凸起部，所述第二凸起部设置于所述板体沿所述第一凸起部排列方向的端部上，并与所述第一凸起部间隔设置，所述第一凸起部上形成有沿多个所述第一凸起部排列方向延伸的第一侧面，在每一个所述第一凸起部的第一侧面所在的一侧均设置有隔板，所述隔板与所述第一凸起部间隔设置，在所述板体上还设置有第一凸起边，所述第一凸起边连接于两个相邻的所述隔板之间，以及所述隔板与所述第二凸起部之间。

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