CN115625691B - 一种两自由度电驱动软体驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两自由度电驱动软体驱动器，所述驱动器包括上盖板、软基体、驱动单元、下盖板，软基体固接在上盖板和下盖板之间；所述驱动单元粘结于软基体外表面凹槽内，驱动单元连接到外部电源，外部电源对驱动单元通电后，驱动单元发生收缩变形带动软基体扭转，同时上盖板与下盖板之间的距离会随着软基体扭转而减小，使得软体驱动器可以同时执行扭转和收缩两种方式的运动；切断外部电源后，驱动单元逐渐伸长回复至初始长度，带动软基体反向扭转，同时上盖板和下盖板之间的距离增加，软体驱动器回复至初始状态。本发明的两自由度电驱动软体驱动器，通过外部电源驱动且只需要很小的驱动电压，结构简单，响应速率快，具有广阔的应用前景。

Description

一种两自由度电驱动软体驱动器

技术领域

本发明涉及软体驱动器领域，尤其是一种两自由度电驱动软体驱动器。

背景技术

传统的刚性机器人由刚性材料制成，它是一个高度集成的智能化机电系统，具有输出载荷大、运动精确等优点，但刚性机器人与目标物体之间通常是刚性接触，存在刚性大、自重大、难以抓取易碎物品等缺点；软体机器人具有固有的柔顺性、灵活性和抗冲击性等特点，可以与人之间产生安全的交互；由流体驱动的软体驱动器，通常由压缩空气或者液体作为驱动源，这需要笨重的气体压缩机或者泵来输送流体，且此类驱动器难以抵抗穿刺破坏，易发生流体泄漏，导致驱动性能大幅下降，另外，复杂的控制系统也是此类驱动器遇到的问题，针对以上情况，有必要研究一种新型的软体驱动器来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的为了解决背景技术中存在的问题，提供了一种两自由度电驱动软体驱动器。

本发明采用的技术方案如下：

一种两自由度电驱动软体驱动器，包括上盖板、软基体、驱动单元、下盖板；软基体固接在上盖板和下盖板之间，形成软体驱动器的支撑框架；驱动单元粘结于软基体外表面凹槽内，驱动单元连接到外部电源，对驱动单元通电，驱动单元会发生收缩变形带动软基体扭转，同时上盖板与下盖板之间的距离会随着软基体扭转而减小，使得软体驱动器可以同时执行扭转和收缩两种方式的运动；切断外部电源后，驱动单元逐渐伸长，回复至初始长度，带动软基体反向扭转，同时上盖板和下盖板之间的距离增加，软体驱动器回复至初始状态。

上述技术方案中，进一步地，所述的软基体由硅胶材料浇筑而成，所述软基体由四个相同的圆弧曲面包围组成，圆弧曲面的上、下端面分别固定连接所述上盖板和下盖板(目的是防止软基体产生不规则变形)，软基体的四条棱边上均布置有缺口，目的是为了削弱棱边对软体驱动器变形的抑制，其中每个圆弧曲面外表面上均布置有两个沿同一对角线方向分布的六边形凹槽(六边形凹槽最长的对角线所在的直线与圆弧曲面的对角线重合)，在圆弧曲面内表面也布置有同样的沿相反对角线方向分布的六边形凹槽，外表面六边形凹槽用于添加所述驱动单元，内表面六边形凹槽用于减小圆弧曲面的厚度，使软体驱动器更容易发生变形，外部电源对驱动单元通电时，软体驱动器的所有圆弧曲面绕软体驱动器的中心轴线扭转。

进一步地，所述的软体驱动器根据驱动单元布置的对角线方向不同，可分为顺时针变形软体驱动器和逆时针变形软体驱动器。

进一步地，所述的上盖板和下盖板为树脂材料经3D打印制成，上下盖板上均设有圆弧结构，且所述圆弧的外径和软基体中圆弧曲面的内径相同，目的是为了实现上下盖板和软基体的紧密连接。

进一步地，所述的驱动单元由液晶弹性体材料和包裹在液晶弹性体材料内部的金属导线加工而成，其大小和形状与凹槽相同；外部电源对驱动单元通电，金属导线会加热驱动单元，使驱动单元可以沿对角线方向发生收缩变形；所有驱动单元通过金属导线串联导通，然后与外部电源连接，形成封闭回路。

本发明的有益效果是：

本发明的两自由度电驱动软体驱动器，通过外部电源驱动且只需要很小的驱动电压，可以同时实现扭转和收缩两种方式的运动，结构简单，响应速率快，工作时不需要庞大的外部控制系统，降低了控制的复杂性，也不用考虑因驱动器破坏导致的流体泄露等可靠性问题。本发明也可以作为一种驱动器模块，通过自身不同方式的组装或与其它结构结合，以实现更大范围的应用，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的两自由度电驱动软体驱动器结构示意图；

图2为本发明的两自由度电驱动软体驱动器的软基体横截面示意图；

图3为本发明的两自由度电驱动软体驱动器的上下盖板结构示意图，其中，a为上盖板主视图，b为上盖板仰视图；

图4为本发明的两自由度电驱动软体驱动器的顺时针变形示意图，其中，a为软体驱动器主视图，b为软体驱动器俯视图；

图5为本发明的两自由度电驱动软体驱动器的逆时针变形示意图，其中，a为软体驱动器主视图，b为软体驱动器俯视图；

其中，1上盖板，2驱动单元，3软基体，4下盖板，5金属导线，6缺口，7外表面凹槽，8内表面凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的方案做进一步的说明解释。

如图1所示，一种两自由度电驱动软体驱动器包括上盖板1、软基体3、驱动单元2、下盖板4，软基体3固接在上盖板1和下盖板4之间，形成软体驱动器的支撑框架，驱动单元2粘结于软基体的外表面凹槽7内，驱动单元2通过金属导线5连接到外部电源。

所述的软基体3由硅胶材料浇筑而成，主要由四个相同的圆弧曲面包围组成，圆弧曲面的上、下端面分别连接上盖板1和下盖板4，软基体3的四条棱边上分别布置有缺口6，目的是为了削弱棱边对软体驱动器变形的抑制；还可对四条棱边厚度进行削减，使得软体驱动器变形更容易；其中每个圆弧曲面外表面布置两个沿同一对角线方向的分布的六边形的外表面凹槽7，在圆弧曲面内表面也布置了同样的沿相反对角线方向分布的六边形的内表面凹槽8，六边形的外表面凹槽7用于添加驱动单元2，六边形的内表面凹槽8用于减小圆弧曲面的厚度，使软体驱动器更容易发生变形。

所述的软体驱动器根据驱动单元2布置的对角线方向不同，可分为顺时针变形软体驱动器和逆时针变形软体驱动器。

如图3所示，所述的上盖板1和下盖板4为用树脂材料经3D打印制成的长方形和圆弧组成的复合结构，且圆弧的外径和软基体3中圆弧曲面的内径相同，目的是为了实现上下盖板1和4和软基体3的紧密连接。

所述的驱动单元2由液晶弹性体材料和包裹在液晶弹性体材料内部的金属导线5加工而成，其大小和形状与外表面凹槽7相同，外部电源对驱动单元2通电，金属导线5会加热驱动单元2，使驱动单元2可以沿对角线方向发生收缩变形；所有驱动单元2通过金属导线5串联导通，然后与外部电源连接，形成封闭回路。

本发明的具体实施例如下：

如图4和5所示，驱动单元2内部的金属导线5与外部电源连接后，对驱动单元2通电，金属导线5会产生热量使驱动单元2内部温度升高，此时，驱动单元2开始沿对角线方向发生收缩变形，带动所有圆弧曲面绕软体驱动器的中心轴线扭转，使软体驱动器发生扭转变形，上盖板1和下盖板4伴随软体驱动器的扭转产生收缩的运动，因此，软体驱动器可以同时执行扭转和收缩两种方式的运动；切断外部电源后，驱动单元2内部温度降低，驱动单元2逐渐伸长，回复至初始长度，同时带动软基体3反向扭转，上盖板1和下盖板4之间的距离增加，软体驱动器回复至初始状态。

Claims (6)

1.一种两自由度电驱动软体驱动器，其特征在于，包括上盖板、软基体、驱动单元、下盖板；软基体固接在上盖板和下盖板之间，形成软体驱动器的支撑框架；所述驱动单元粘结于软基体外表面凹槽内，驱动单元连接到外部电源，外部电源对驱动单元通电后，驱动单元发生收缩变形带动软基体扭转，同时上盖板与下盖板之间的距离会随着软基体扭转而减小，使得软体驱动器可同时执行扭转和收缩两种方式的运动；切断外部电源后，驱动单元逐渐伸长回复至初始长度，带动软基体反向扭转，同时上盖板和下盖板之间的距离增加，软体驱动器回复至初始状态；

所述软基体由四个相同的圆弧曲面包围组成，圆弧曲面的上下端面分别连接所述上盖板和下盖板，软基体的四条棱边上均布置有缺口，每个圆弧曲面的外表面上均布置有两个沿同一对角线方向分布的六边形凹槽，在圆弧曲面的内表面布置有沿相反对角线方向分布的同样大小的六边形凹槽，外表面上的六边形凹槽用于添加所述驱动单元，内表面上的六边形凹槽用于减小圆弧曲面的厚度，使软体驱动器更容易发生变形，外部电源对驱动单元通电时，所有圆弧曲面绕软体驱动器的中心轴线扭转。

2.根据权利要求1所述的一种两自由度电驱动软体驱动器，其特征在于，所述的软体驱动器根据驱动单元布置的对角线方向不同，分为顺时针变形软体驱动器和逆时针变形软体驱动器。

3.根据权利要求1所述的一种两自由度电驱动软体驱动器，其特征在于，所述的驱动单元由液晶弹性体材料和包裹在液晶弹性体材料内部的金属导线加工而成，其大小和形状与软基体外表面凹槽相同。

4.根据权利要求1 所述的一种两自由度电驱动软体驱动器，其特征在于，所有驱动单元通过金属导线串联导通，然后与外部电源连接，形成封闭回路；外部电源对驱动单元通电，金属导线加热驱动单元，使驱动单元沿对角线方向发生收缩变形。

5.根据权利要求1所述的一种两自由度电驱动软体驱动器，其特征在于，所述的软基体由硅胶材料浇筑而成。

6.根据权利要求1所述的一种两自由度电驱动软体驱动器，其特征在于，所述的上盖板和下盖板为树脂材料经3D打印制成。

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