CN113954061B - 一种双作用直线柔性气动驱动器及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双作用直线柔性气动驱动器，包括顶板、底板、伸缩壁、螺旋收缩结构，所述伸缩壁一端连接顶板，另一端连接底板，中间形成密闭空腔，螺旋收缩结构设置在空腔内，螺旋收缩结构一端连接顶板另一端连接底板，所述螺旋收缩结构为螺旋管状结构，内部贯穿设置有通气通道，所述底板上设置有第一气孔和第二气孔，所述第一气孔与通气通道连接，第二气孔与空腔连接。本发明双作用直线柔性气动驱动器基于正压驱动的分别实现伸长和收缩的双作用式直线运动，驱动器的伸长和收缩均可用同一正压气源设备，有效减小其应用设备的体积和重量。

Description

一种双作用直线柔性气动驱动器及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于驱动设备领域，具体涉及一种双作用直线柔性气动驱动器及其制备和使用方法。
背景技术
柔性气动驱动器亦被称作流体性肌肉、仿生驱动器，是一种由外部气压源提供压缩空气驱动，以实现向外输出推拉作用力的驱动器。现有的正压驱动的气动驱动器作用时厚度或径向产生剧烈变化，使其在高紧凑性的应用中无法使用。此外，现有的柔性气动驱动器在驱动后恢复变形能力多通过材料本身的弹性力实现，通常在一定负载作用下，柔性气动驱动器恢复至变形前的能力将会显著降低，甚至出现变形后无法恢复的现象，使得柔性气动驱动器在有负载的工况条件下的应用受到一定限制，尤其限制了柔性气动驱动器在爬管机器人及管道检测机器人等领域上的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中柔性气动驱动器在驱动后变形不可完全恢复的问题，提供一种双作用直线柔性气动驱动器。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种双作用直线柔性气动驱动器，包括顶板、底板、伸缩壁、螺旋收缩结构，所述伸缩壁一端连接顶板，另一端连接底板，中间形成密闭空腔，螺旋收缩结构设置在空腔内，螺旋收缩结构一端连接顶板另一端连接底板，所述螺旋收缩结构为螺旋管状结构，内部贯穿设置有通气通道，所述底板上设置有第一气孔和第二气孔，所述第一气孔与通气通道连接，第二气孔与空腔连接。
在上述方案中，伸缩壁为波纹型结构。
在上述方案中，伸缩壁用TPU材料制作或采用硅胶浇筑成型。
在上述方案中，顶板和底板采用软体材料增材制造或硅胶浇筑成型方法制作。
在上述方案中，软体材料是TPU或Agilus30。
在上述方案中，第一气孔和第二气孔相互独立设置。
在上述方案中，伸缩壁端部设置有套环，顶板为圆盘型结构，顶板套装在套环内。
上述方案中的双作用直线柔性气动驱动器的使用方法，首先通过气泵分别与第一气孔和第二气孔连接，将气泵内正压气体通过第二气孔充入驱动器空腔，驱动器在气压作用下伸缩壁伸长，同时带动螺旋收缩结构伸长；当驱动器需要收缩时，停止向第一气孔充气，驱动器自然收缩，将气泵内正压气体通过第一气孔充入螺旋收缩结构通气通道，螺旋收缩结构的聚合物管充气径向形变小于轴向收缩，螺旋结构表现为收缩状态，驱动器进一步收缩；气泵向第一气孔和第二气孔同时吹气时，同时产生伸缩壁伸长和螺旋收缩结构收缩，产生拮抗作用。
上述方案中的螺旋收缩结构的制作方法，包括以下步骤：
S1，预先冷拉聚合物管；
S2，将冷拉后的聚合物管扭转盘绕成螺旋型结构；
S3，将扭转盘绕的螺旋型结构聚合物管经退火处理释放内应力后保持螺旋结构。
本发明优点和有益效果为：
1.本发明的双作用直线柔性气动驱动器，基于正压驱动的分别实现伸长和收缩的双作用式直线运动。
2.本发明的一种双作用直线柔性气动驱动器，充气伸长和充气收缩同时作用可提升驱动器刚度。
3.本发明的一种双作用直线柔性气动驱动器，驱动器的伸长和收缩均可用同一正压气源设备，有效减小其装配设备的体积和重量。
附图说明
图1是本发明双作用直线柔性气动驱动器剖面图。
图2是本发明双作用直线柔性气动驱动器螺旋结构伸长状态立体结构示意图。
图3是本发明双作用直线柔性气动驱动器螺旋结构充气收缩状态立体结构示意图。
其中：
1：伸缩壁，2：螺旋收缩结构，3：顶板，4：底板，5；通气通道，6：第一气孔，7：第二气孔，8：套环。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
一种双作用直线柔性气动驱动器，包括伸缩壁1和螺旋收缩结构2，伸缩壁1为中空圆筒型结构，伸缩壁1内部为空腔，螺旋收缩结构2设置在伸缩壁1空腔内，伸缩壁1和螺旋收缩结构2一端连接顶板3，另一端连接底板4。所述伸缩壁1与顶板3和底板4均为密闭连接，空腔为密封腔。
所述螺旋收缩结构2为中空结构，内部贯穿有通气通道5，所述底板4内设置有用于供外部气泵输入压缩空气的第一气孔6和第二气孔7，第一气孔6和第二气孔7单独设置，气孔相互不连通；所述第一气孔6一端与外部气泵连通，另一端与螺旋收缩结构2的通气通道5连通，第二气孔7一端与外部气泵连通，另一端与伸缩壁1内腔连通，螺旋收缩结构2与顶板3连接处通气通道5为密闭状态，即螺旋收缩结构2具有顶端封闭底端开放的通气通道5。
所述伸缩壁1为波纹型结构，通过增材制造技术用TPU材料制作，也可采用硬度较高的硅胶浇筑成型。
所述顶板3和底板4可采用软体材料增材制造或硅胶浇筑成型方法制作，所述软体材料可采用TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)或Agilus30材料(Stratasys品牌推出的类橡胶材料)，Agilus30材料可通过混合刚性树脂改变材料硬度。
实施例二
本实施例提供一种制作上述螺旋收缩结构的制作方法，螺旋收缩结构2通过预先冷拉聚合物管，然后经过扭转盘绕成螺旋结构，再经过退火处理释放内应力后形成螺旋结构。
冷拉后，聚合物各相异性相较于未冷拉的聚合物管产生变化，表现为聚合物管径向膨胀相对较小，轴向上由充气膨胀转变为充气收缩，且轴向变形明显强于径向变形，当充入加压气体后，螺旋扭曲的聚合物管径向相对不变，轴向收缩，产生解捻现象，这种解捻表现为螺旋结构的螺旋节距收缩(参见图3)，在螺旋收缩结构2上整体表现为充气轴向收缩。
使用时，将外部气泵设备分别与第一气孔6和第二气孔7连接，当向第二气孔7充气时，驱动器内腔气压大于外部压力，驱动器呈伸长状态；当停止向第二气孔7充气，开始向第一气孔6充气，螺旋收缩结构2聚合物管轴向充气收缩，螺旋收缩结构2呈现轴向收缩状态，驱动器呈收缩状态；当向第一气孔6和第二气孔7同时充气时，波纹型伸缩壁1和螺旋收缩结构2同时作用，产生拮抗作用提升双作用直线柔性气动驱动器刚性。
实施例三
所述伸缩壁1一端连接底板4，另一端设置有圆环形套环8，所述螺旋收缩结构2一端连接底板4，另一端连接顶板3，所述顶板3为圆盘型结构，顶板3套装在套环8内，顶板3和套环8内缘可通过粘结剂粘贴密封。
发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双作用直线柔性气动驱动器，其特征在于，包括顶板、底板、伸缩壁、螺旋收缩结构，所述伸缩壁一端连接顶板，另一端连接底板，中间形成密闭空腔，螺旋收缩结构设置在空腔内，螺旋收缩结构一端连接顶板另一端连接底板，所述螺旋收缩结构为螺旋管状结构，内部贯穿设置有通气通道，所述底板上设置有第一气孔和第二气孔，所述第一气孔与通气通道连接，第二气孔与空腔连接；所述伸缩壁为波纹型结构。
2.根据权利要求1所述的双作用直线柔性气动驱动器，其特征在于，伸缩壁用TPU材料制作或采用硅胶浇筑成型。
3.根据权利要求1所述的双作用直线柔性气动驱动器，其特征在于，顶板和底板采用软体材料增材制造或硅胶浇筑成型方法制作。
4.根据权利要求3所述的双作用直线柔性气动驱动器，其特征在于，软体材料是TPU或Agilus30。
5.根据权利要求1所述的双作用直线柔性气动驱动器，其特征在于，第一气孔和第二气孔相互独立设置。
6.根据权利要求1所述的双作用直线柔性气动驱动器，其特征在于，伸缩壁端部设置有套环，顶板为圆盘型结构，顶板套装在套环内。
7.如权利要求1所述的双作用直线柔性气动驱动器的使用方法，其特征在于，首先通过气泵分别与第一气孔和第二气孔连接，将气泵内正压气体通过第二气孔充入驱动器空腔，驱动器在气压作用下伸缩壁伸长，同时带动螺旋收缩结构伸长；当驱动器需要收缩时，停止向第一气孔充气，驱动器自然收缩，将气泵内正压气体通过第一气孔充入螺旋收缩结构通气通道，螺旋收缩结构的聚合物管充气径向形变小于轴向收缩，螺旋结构表现为收缩状态，驱动器进一步收缩；气泵向第一气孔和第二气孔同时吹气时，同时产生伸缩壁伸长和螺旋收缩结构收缩，产生拮抗作用。
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