CN117103240A - 一种四自由度液动软体致动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种四自由度液动软体致动器，涉及软体机器人技术领域。其中，第一斜腔致动组件和第二斜腔致动组件相连接，第三斜腔致动组件和第四斜腔致动组件相连接，第一斜腔致动组件和第四斜腔致动组件之间设置有第一间隙，第二斜腔致动组件和第三斜腔致动组件之间设置有第二间隙，第一固定组件通过液管连接至通液设备和调液设备，使液体通过第一固定组件进入各斜腔致动组件中的任一致动组件内，并且液体在流动的过程中使各斜腔致动组件发生目标方向的膨胀。四自由度液动软体致动器实现了四自由度，在同一模块中能够实现弯曲、扭转和伸长的动作，不需要再串联其它软体致动器模块。

Description

一种四自由度液动软体致动器

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，尤其涉及一种四自由度液动软体致动器。

背景技术

软材料被用于设计和建造机器人，区别于传统的刚性机器人，软体机器人设计灵活、易于加工制造、成本低、体积重量小、适应环境能力更强且可以促进安全的人机交互。与传统的机电系统相比，软体致动器可以通过相对简单的控制来实现较为复杂的运动。

现有技术中的软体致动器，自由度较少，在同一模块中较难实现弯曲、扭转和伸长的动作，当需要增加自由度时，只能将相应软体致动器模块进行串联。

为此，针对上述的技术问题还需进一步解决。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种四自由度液动软体致动器，以实现四自由度，在同一模块中能够实现弯曲、扭转和伸长的动作，不需要再串联其它软体致动器模块。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供一种四自由度液动软体致动器，包括：

圆管；

第一斜腔致动组件，与所述圆管的外表面相连接，并且沿所述圆管的轴向设置；

第二斜腔致动组件，同时与所述第一斜腔致动组件和所述圆管的外表面相连接，并且沿所述圆管的轴向设置；

第三斜腔致动组件，与所述圆管的外表面相连接，并且位于靠近所述第二斜腔致动组件侧，所述第三斜腔致动组件沿所述圆管的轴向设置；

第四斜腔致动组件，位于所述第一斜腔致动组件和所述第三斜腔致动组件之间，并且同时与所述第三斜腔致动组件以及所述圆管的外表面相连接，所述第四斜腔致动组件沿所述圆管的轴向设置；

第一固定组件，与所述圆管的一端相连接，并且同时与所述圆管、所述第一斜腔致动组件、所述第二斜腔致动组件、所述第三斜腔致动组件和所述第四斜腔致动组件的一端相连接；

第二固定组件，与远离所述第一固定组件侧的所述圆管的端部相连接，并且同时与远离所述第一固定组件侧的所述第一斜腔致动组件、所述第二斜腔致动组件、所述第三斜腔致动组件和所述第四斜腔致动组件的端部相连接；

第一间隙，位于所述第一斜腔致动组件和所述第四斜腔致动组件之间；

第二间隙，位于所述第二斜腔致动组件和所述第三斜腔致动组件之间。

进一步地，所述第一斜腔致动组件包括：

第一致动体；

第一通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第一致动体的端部；

第一液室，均匀设置在所述第一致动体的内部，并且靠近所述第一通液孔侧的所述第一液室与所述第一通液孔相连通；

第一液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第一致动体的侧壁上，并且与各所述第一液室相连通，所述第一液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第一凹陷，均匀设置在所述第一致动体的外表面。

进一步地，所述第二斜腔致动组件包括：

第二致动体；

第二通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第二致动体的端部；

第二液室，均匀设置在所述第二致动体的内部，并且靠近所述第二通液孔侧的所述第二液室与所述第二通液孔相连通；

第二液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第二致动体的侧壁上，并且与各所述第二液室相连通，所述第二液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第二凹陷，均匀设置在所述第二致动体的外表面。

进一步地，相邻的所述第一凹陷与所述第二凹陷之间设置有供所述第一凹陷和所述第二凹陷相连通的第一连通部；

所述第一液室与所述第一连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角，所述第二液室与所述第一连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角。

进一步地，所述第三斜腔致动组件包括：

第三致动体；

第三通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第三致动体的端部；

第三液室，均匀设置在所述第三致动体的内部，并且靠近所述第三通液孔侧的所述第三液室与所述第三通液孔相连通；

第三液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第三致动体的侧壁上，并且与各所述第三液室相连通，所述第三液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第三凹陷，均匀设置在所述第三致动体的外表面。

进一步地，所述第四斜腔致动组件包括：

第四致动体；

第四通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第四致动体的端部；

第四液室，均匀设置在所述第四致动体的内部，并且靠近所述第四通液孔侧的所述第四液室与所述第四通液孔相连通；

第四液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第四致动体的侧壁上，并且与各所述第四液室相连通，所述第四液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第四凹陷，均匀设置在所述第四致动体的外表面。

进一步地，相邻的所述第三凹陷与所述第四凹陷之间设置有供所述第三凹陷与所述第四凹陷相连通的第二连通部；

所述第三液室与所述第二连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角，所述第四液室与所述第二连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角。

进一步地，所述第一固定组件包括：

第一固件；

第一通口，位于所述第一固件的中心处，并且与所述圆管的一端相连接；

第一固定部，位于所述第一固件的一侧，并且同时与所述第一致动体、第一通液孔、所述第二致动体和所述第二通液孔的一端相连接；

第二固定部，位于所述第一固件的另一侧，并且同时与所述第三致动体、第三通液孔、所述第四致动体和所述第四通液孔的一端相连接；

第二通口，设置在所述第一固定部上，并且与所述第一通液孔相连通；

第三通口，设置在所述第一固定部上，并且与所述第二通液孔相连通；

第四通口，设置在所述第二固定部上，并且与所述第三通液孔相连通；

第五通口，设置在所述第二固定部上，并且与所述第四通液孔相连通；

第三间隙，设置在所述第一固定部和所述第二固定部之间的所述第一固件上，并且位于靠近所述第一间隙处；

第四间隙，设置在所述第三间隙对侧的所述第一固定部和所述第二固定部之间，并且位于靠近所述第二间隙处的所述第一固件上。

进一步地，所述第二固定组件包括：

第二固件；

第六通口，位于所述第二固件的中心处，并且与远离所述第一通口侧的所述圆管的端部相连接；

第三固定部，位于所述第二固件的一侧，并且同时与所述第一致动体和所述第二致动体的另一端相连接；

第四固定部，位于所述第二固件的另一侧，并且同时与所述第三致动体、和所述第四致动体的另一端相连接；

第五间隙，设置在所述第三固定部和所述第四固定部之间的所述第二固件上，并且位于靠近所述第一间隙处；

第六间隙，设置在所述第五间隙对侧的所述第三固定部和所述第四固定部之间，并且位于靠近所述第二间隙处的所述第二固件上。

进一步地，所述第一液室与所述第一凹陷之间的壁为第一膨胀壁，所述第一液室与远离所述圆管侧的所述第一致动体的外表面之间壁为第二膨胀壁，所述第一凹陷与靠近所述圆管侧的所述第一致动体的外表面之间壁为第三膨胀壁，所述第一膨胀壁的厚度小于所述第二膨胀壁的厚度，所述第二膨胀壁的厚度小于所述第三膨胀壁的厚度；

所述第二液室与所述第二凹陷之间的壁为第四膨胀壁，所述第二液室与远离所述圆管侧的所述第二致动体的外表面之间壁为第五膨胀壁，所述第二凹陷与靠近所述圆管侧的所述第二致动体的外表面之间壁为第六膨胀壁，所述第四膨胀壁的厚度小于所述第五膨胀壁的厚度，所述第五膨胀壁的厚度小于所述第六膨胀壁的厚度；

所述第三液室与所述第三凹陷之间的壁为第七膨胀壁，所述第三液室与远离所述圆管侧的所述第三致动体的外表面之间壁为第八膨胀壁，所述第三凹陷与靠近所述圆管侧的所述第三致动体的外表面之间壁为第九膨胀壁，所述第七膨胀壁的厚度小于所述第八膨胀壁的厚度，所述第八膨胀壁的厚度小于所述第九膨胀壁的厚度；

所述第四液室与所述第四凹陷之间的壁为第十膨胀壁，所述第四液室与远离所述圆管侧的所述第四致动体的外表面之间壁为第十一膨胀壁，所述第四凹陷与靠近所述圆管侧的所述第四致动体的外表面之间壁为第十二膨胀壁，所述第十膨胀壁的厚度小于所述第十一膨胀壁的厚度，所述第十一膨胀壁的厚度小于所述第十二膨胀壁的厚度。

相较于现有技术，本发明第一方面提供的四自由度液动软体致动器，第一斜腔致动组件、第二斜腔致动组件、第三斜腔致动组件、第四斜腔致动组件同时连接在圆管的外表面，第一固定组件同时位于第一斜腔致动组件、第二斜腔致动组件、第三斜腔致动组件、第四斜腔致动组件和圆管的一端，第二固定组件同时位于第一斜腔致动组件、第二斜腔致动组件、第三斜腔致动组件、第四斜腔致动组件和圆管的另一端。其中，第一斜腔致动组件和第二斜腔致动组件相连接，第三斜腔致动组件和第四斜腔致动组件相连接，第一斜腔致动组件和第四斜腔致动组件之间设置有第一间隙，第二斜腔致动组件和第三斜腔致动组件之间设置有第二间隙，第一固定组件通过液管连接至通液设备和调液设备，使液体通过第一固定组件进入第一斜腔致动组件、第二斜腔致动组件、第三斜腔致动组件、第四斜腔致动组件中的任一致动组件内，并且液体在流动的过程中使第一斜腔致动组件、第二斜腔致动组件、第三斜腔致动组件、第四斜腔致动组件发生目标方向的膨胀，使第一斜腔致动组件、第二斜腔致动组件、第三斜腔致动组件、第四斜腔致动组件发生任一目标方向的变形，从而使四自由度液动软体致动器朝向目标方向移动。四自由度液动软体致动器实现了四自由度，在同一模块中能够实现弯曲、扭转和伸长的动作，不需要再串联其它软体致动器模块。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1示意性地示出了四自由度液动软体致动器的爆炸图；

图2示意性地示出了四自由度液动软体致动器的一侧示意图；

图3示意性地示出了四自由度液动软体致动器的另一侧示意图；

图4示意性地示出了四自由度液动软体致动器的一侧剖视图；

图5示意性地示出了四自由度液动软体致动器的另一侧剖视图；

图6示意性地示出了第一固定组件的示意图；

图7示意性地示出了第二固定组件的示意图；

图8示意性地示出了四自由度液动软体致动器向左弯曲变形示意图；

图9示意性地示出了四自由度液动软体致动器向下弯曲变形示意图；

图10示意性地示出了四自由度液动软体致动器顺时针扭转变形示意图；

图11示意性地示出了四自由度液动软体致动器轴向伸长变形示意图；

附图标号说明：

1、圆管；

2、第一斜腔致动组件；21、第一凹陷；22、第一致动体；23、第一液室；231、第一膨胀壁；232、第二膨胀壁；233、第三膨胀壁；24、第一液道；25、第一通液孔；

3、第二斜腔致动组件；31、第二凹陷；32、第二致动体；33、第二液室；331、第四膨胀壁；332、第五膨胀壁；333、第六膨胀壁；34、第二液道；35、第二通液孔；

4、第三斜腔致动组件；41、第三凹陷；42、第三致动体；43、第三液室；431、第七膨胀壁；432、第八膨胀壁；433、第九膨胀壁；44、第三液道；45、第三通液孔；

5、第四斜腔致动组件；51、第四凹陷；52、第四致动体；53、第四液室；531、第十膨胀壁；532、第十一膨胀壁；533、第十二膨胀壁；54、第四液道；55、第四通液孔；

6、第一固定组件；61、第一固件；611、第三间隙；612、第四间隙；62、第五通口；63、第四通口；64、第二固定部；65、第一通口；66、第一固定部；67、第三通口；68、第二通口；

7、第二固定组件；71、第二固件；72、第五间隙；73、第三固定部；74、第六间隙；75、第六通口；76、第四固定部；

8、第一间隙；

9、第二间隙；

10、第二连通部；

11、第一连通部。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供了一种四自由度液动软体致动器，结合图1、图2和图3，四自由度液动软体致动器包括圆管1、第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4、第四斜腔致动组件5、第一固定组件6、第二固定组件7、第一间隙8和第二间隙9。第一斜腔致动组件2，与圆管1的外表面相连接，并且沿圆管1的轴向设置。第二斜腔致动组件3，同时与第一斜腔致动组件2和圆管1的外表面相连接，并且沿圆管1的轴向设置。第三斜腔致动组件4，与圆管1的外表面相连接，并且位于靠近第二斜腔致动组件3侧，第三斜腔致动组件4沿圆管1的轴向设置。第四斜腔致动组件5，位于第一斜腔致动组件2和第三斜腔致动组件4之间，并且同时与第三斜腔致动组件4以及圆管1的外表面相连接，第四斜腔致动组件5沿圆管1的轴向设置。第一固定组件6，与圆管1的一端相连接，并且同时与圆管1、第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4和第四斜腔致动组件5的一端相连接。第二固定组件7，与远离第一固定组件6侧的圆管1的端部相连接，并且同时与远离第一固定组件6侧的第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4和第四斜腔致动组件5的端部相连接。第一间隙8，位于第一斜腔致动组件2和第四斜腔致动组件5之间。第二间隙9，位于第二斜腔致动组件3和第三斜腔致动组件4之间。

在本实施例中，第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4、第四斜腔致动组件5同时连接在圆管1的外表面，第一固定组件6同时位于第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4、第四斜腔致动组件5和圆管1的一端，第二固定组件7同时位于第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4、第四斜腔致动组件5和圆管1的另一端。其中，第一斜腔致动组件2和第二斜腔致动组件3相连接，第三斜腔致动组件4和第四斜腔致动组件5相连接，第一斜腔致动组件2和第四斜腔致动组件5之间设置有第一间隙8，第二斜腔致动组件3和第三斜腔致动组件4之间设置有第二间隙9，第一固定组件6通过液管连接至通液设备和调液设备，使液体通过第一固定组件6进入第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4、第四斜腔致动组件5中的任一致动组件内，并且液体在流动的过程中使第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4、第四斜腔致动组件5发生目标方向的膨胀，使第一斜腔致动组件2、第二斜腔致动组件3、第三斜腔致动组件4、第四斜腔致动组件5发生任一目标方向的变形，从而使四自由度液动软体致动器朝向目标方向移动。四自由度液动软体致动器实现了四自由度，在同一模块中能够实现弯曲、扭转和伸长的动作，不需要再串联其它软体致动器模块。

在具体实施例中，如图4所示，第一斜腔致动组件2包括第一致动体22、第一通液孔25、第一液室23、第一液道24和第一凹陷21。第一通液孔25，设置在靠近第一固定组件6侧的第一致动体22的端部。第一液室23，均匀设置在第一致动体22的内部，并且靠近第一通液孔25侧的第一液室23与第一通液孔25相连通。第一液道24，设置在靠近圆管1侧的第一致动体22的侧壁上，并且与各第一液室23相连通，第一液道24的轴向平行于圆管1的轴向。第一凹陷21，均匀设置在第一致动体22的外表面。

在本实施例中，液体进入位于第一致动体22内的第一通液孔25后，流入与第一通液孔25相连通的第一液室23内，再通过第一液道24依次进入其它各第一液道24内。从而，在液体流动的过程中，使第一致动体22实现弯曲和伸长的动作，或者，使第一致动体22通过圆管1带动第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52实现弯曲、伸长和扭转的动作。

在具体实施例中，如图5所示，第二斜腔致动组件3包括第二致动体32、第二通液孔35、第二液室33、第二液道34和第二凹陷31。第二通液孔35，设置在靠近第一固定组件6侧的第二致动体32的端部。第二液室33，均匀设置在第二致动体32的内部，并且靠近第二通液孔35侧的第二液室33与第二通液孔35相连通。第二液道34，设置在靠近圆管1侧的第二致动体32的侧壁上，并且与各第二液室33相连通，第二液道34的轴向平行于圆管1的轴向。第二凹陷31，均匀设置在第二致动体32的外表面。

在本实施例中，液体进入位于第二致动体32内的第二通液孔35后，流入与第二通液孔35相连通的第二液室33内，再通过第二液道34依次进入其它各第二液道34内。从而，在液体流动的过程中，使第二致动体32实现弯曲和伸长的动作，或者，使第二致动体32通过圆管1带动第一致动体22、第三致动体42和第四致动体52实现弯曲、伸长和扭转的动作。

在具体实施例中，如图3所示，相邻的第一凹陷21与第二凹陷31之间设置有供第一凹陷21和第二凹陷31相连通的第一连通部11。第一液室23与第一连通部11之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角，第二液室33与第一连通部11之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角。

在本实施例中，第一液室23与第一连通部11之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角，该锐角在0°到90°之间取值，角度越大，越能够使第一致动体22增加弯曲变形能力，存在一个角度θ_i，当θ∈(0°-θ_i)时，角度越大，越能够使第一致动体22的扭转变形能力增加，当θ∈(θ_i-90°)时，角度越大，使第一致动体22的扭转变形能力减小。

同时，第二液室33与第一连通部11之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角，该锐角在)0°到90°之间取值，角度越大，越能够使第二致动体32增加弯曲变形能力，存在一个角度θ_i，当θ∈(0°-θ_i)时，角度越大，越能够使第二致动体32的扭转变形能力增加，当θ∈(θ_i-90°)时，角度越大，使第二致动体32的扭转变形能力减小。

在具体实施例中，如图5所示，第三斜腔致动组件4包括第三致动体42、第三通液孔45、第三液室43、第三液道44和第三凹陷41。第三通液孔45，设置在靠近第一固定组件6侧的第三致动体42的端部。第三液室43，均匀设置在第三致动体42的内部，并且靠近第三通液孔45侧的第三液室43与第三通液孔45相连通。第三液道44，设置在靠近圆管1侧的第三致动体42的侧壁上，并且与各第三液室43相连通，第三液道44的轴向平行于圆管1的轴向。第三凹陷41，均匀设置在第三致动体42的外表面。

在本实施例中，液体进入位于第三致动体42内的第三通液孔45后，流入与第三通液孔45相连通的第三液室43内，再通过第三液道44依次进入其它各第三液道44内。从而，在液体流动的过程中，使第三致动体42实现弯曲和伸长的动作，或者，使第三致动体42通过圆管1带动第一致动体22、第二致动体32和第四致动体52实现弯曲、伸长和扭转的动作。

在具体实施例中，如图4所示，第四斜腔致动组件5包括第四致动体52、第四通液孔55、第四通液孔55、第四液室53、第四液道54和第四凹陷51。第四通液孔55，设置在靠近第一固定组件6侧的第四致动体52的端部。第四液室53，均匀设置在第四致动体52的内部，并且靠近第四通液孔55侧的第四液室53与第四通液孔55相连通。第四液道54，设置在靠近圆管1侧的第四致动体52的侧壁上，并且与各第四液室53相连通，第四液道54的轴向平行于圆管1的轴向。第四凹陷51，均匀设置在第四致动体52的外表面。

在本实施例中，液体进入位于第四致动体52内的第四通液孔55后，流入与第四通液孔55相连通的第四液室53内，再通过第四液道54依次进入其它各第四液道54内。从而，在液体流动的过程中，使第四致动体52实现弯曲和伸长的动作，或者，使第四致动体52通过圆管1带动第一致动体22、第二致动体32和第三致动体42实现弯曲、伸长和扭转的动作。

第四致动体52与第二致动体32在圆管1的外表面呈对角放置，第一致动体22与第三致动体42在圆管1的外表面呈对角放置。

示例性地，第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42、第四致动体52和圆管1均为弹性硅橡胶材料通过浇筑工艺单独制成，选用邵氏硬度A的15°、20°或者30°的硅橡胶，硅橡胶为Dragon Skin series。需要说明的是，在邵氏硬度A的15°、20°或者30°中，度数越高，硅橡胶材料越硬，抵抗充入流体压力的能力越强，但变形能力变弱。

在具体实施例中，如图2所示，相邻的第三凹陷41与第四凹陷51之间设置有供第三凹陷41与第四凹陷51相连通的第二连通部10。第三液室43与第二连通部10之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角，第四液室53与第二连通部10之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角。

在本实施例中，第三液室43与第二连通部10之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角，该锐角在0°到90°之间取值，角度越大，越能够使第三致动体42增加弯曲变形能力，存在一个角度θ_i，当θ∈(0°-θ_i)时，角度越大，越能够使第三致动体42的扭转变形能力增加，当θ∈(θ_i-90°)时，角度越大，使第三致动体42的扭转变形能力减小。

同时，第四液室53与第二连通部10之间朝向第二固定组件7侧的夹角为锐角，该锐角在0°到90°之间取值，角度越大，越能够使第四致动体52增加弯曲变形能力，存在一个角度θ_i，当θ∈(0°-θ_i)时，角度越大，越能够使第四致动体52的扭转变形能力增加，当θ∈(θ_i-90°)时，角度越大，使第四致动体52的扭转变形能力减小。

在具体实施例中，结合图2、图3、图4、图5和图6，第一固定组件6包括第一固件61、第一通口65、第一固定部66、第二固定部64、第二通口68、第三通口67、第四通口63、第五通口62、第三间隙611和第四间隙612。第一通口65，位于第一固件61的中心处，并且与圆管1的一端相连接。第一固定部66，位于第一固件61的一侧，并且同时与第一致动体22、第一通液孔25、第二致动体32和第二通液孔35的一端相连接。第二固定部64，位于第一固件61的另一侧，并且同时与第三致动体42、第三通液孔45、第四致动体52和第四通液孔55的一端相连接。第二通口68，设置在第一固定部66上，并且与第一通液孔25相连通。第三通口67，设置在第一固定部66上，并且与第二通液孔35相连通。第四通口63，设置在第二固定部64上，并且与第三通液孔45相连通。第五通口62，设置在第二固定部64上，并且与第四通液孔55相连通。第三间隙611，设置在第一固定部66和第二固定部64之间的第一固件61上，并且位于靠近第一间隙8处。第四间隙612，设置在第三间隙611对侧的第一固定部66和第二固定部64之间，并且位于靠近第二间隙9处的第一固件61上。

在本实施例中，第一通口65与圆管1的一端相连接，并且第一固定部66同时与第一致动体22、第一通液孔25、第二致动体32和第二通液孔35的一端相连接，第二固定部64同时与第三致动体42、第三通液孔45、第四致动体52和第四通液孔55的一端相连接，第二通口68、第三通口67、第四通口63、第五通口62分别与液管相连通，通液设备和调液设备将液体通过第二通口68流入第一通液孔25后进入各第一液室23内，通过第三通口67流入第二通液孔35后进入各第二液室33内，通过第四通口63流入第三通液孔45后进入各第三液室43内，通过第五通口62流入第四通液孔55后进入各第四液室53内。从而，使第一固件61与圆管1、第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52实现固定，进而限制圆管1的变形，保证在不挤压圆管1两端的情况下实现扭转运动。

圆管1不仅在增大致动器的变形的同时相对减少了刚度，还可以作为连接其它设备的连接结构，此外，还可以作为变刚度的操作位置，对四自由度液动软体致动器的刚度进行调节，以适应不同的应用环境。

在具体实施例中，结合图2、图3、图4、图5和图7，第二固定组件7包括第二固件71、第六通口75、第三固定部73、第四固定部76、第五间隙72和第六间隙74。第六通口75，位于第二固件71的中心处，并且与远离第一通口65侧的圆管1的端部相连接。第三固定部73，位于第二固件71的一侧，并且同时与第一致动体22和第二致动体32的另一端相连接。第四固定部76，位于第二固件71的另一侧，并且同时与第三致动体42和第四致动体52的另一端相连接。第五间隙72，设置在第三固定部73和第四固定部76之间的第二固件71上，并且位于靠近第一间隙8处。第六间隙74，设置在第五间隙72对侧的第三固定部73和第四固定部76之间，并且位于靠近第二间隙9处的第二固件71上。

在本实施例中，第六通口75与圆管1的另一端相连接，并且第三固定部73同时与第一致动体22、和第二致动体32的另一端相连接，第四固定部76同时与第三致动体42和第四致动体52的另一端相连接。从而，使第二固件71与圆管1、第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52实现固定，进而限制圆管1的变形，保证在不挤压圆管1两端的情况下实现扭转运动。

第一固件61和第二固件71在同时与圆管1、第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52实现固定后，保证了四自由度液动软体致动器在弯曲、伸长和扭转过程中的稳定性。

示例性地，第二固定组件7和第二固定组件7均为聚乳酸材料通过3D打印技术制成。

在具体实施例中，结合图4和图5，第一液室23与第一凹陷21之间的壁为第一膨胀壁231，第一液室23与远离圆管1侧的第一致动体22的外表面之间壁为第二膨胀壁232，第一凹陷21与靠近圆管1侧的第一致动体22的外表面之间壁为第三膨胀壁233，第一膨胀壁231的厚度小于第二膨胀壁232的厚度，第二膨胀壁232的厚度小于第三膨胀壁233的厚度。使液体在各第一液室23内产生的液压使第一膨胀壁231的弯曲度大于第二膨胀壁232的弯曲度，使第二膨胀壁232的弯曲度大于第三膨胀壁233的弯曲度，从而在液体流动的过程中，更进一步地使第一致动体22实现弯曲、扭转和伸长的动作，或者，使第一致动体22通过圆管1带动第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52实现弯曲、伸长和扭转的动作。

第二液室33与第二凹陷31之间的壁为第四膨胀壁331，第二液室33与远离圆管1侧的第二致动体32的外表面之间壁为第五膨胀壁332，第二凹陷31与靠近圆管1侧的第二致动体32的外表面之间壁为第六膨胀壁333，第四膨胀壁331的厚度小于第五膨胀壁332的厚度，第五膨胀壁332的厚度小于第六膨胀壁333的厚度。使液体在各第二液室33内产生的液压使第四膨胀壁331的弯曲度大于第五膨胀壁332的弯曲度，使第五膨胀壁332的弯曲度大于第六膨胀壁333的弯曲度，从而在液体流动的过程中，更进一步地使第二致动体32实现弯曲、扭转和伸长的动作，或者，使第二致动体32通过圆管1带动第一致动体22、第三致动体42和第四致动体52实现弯曲、伸长和扭转的动作。

第三液室43与第三凹陷41之间的壁为第七膨胀壁431，第三液室43与远离圆管1侧的第三致动体42的外表面之间壁为第八膨胀壁432，第三凹陷41与靠近圆管1侧的第三致动体42的外表面之间壁为第九膨胀壁433，第七膨胀壁431的厚度小于第八膨胀壁432的厚度，第八膨胀壁432的厚度小于第九膨胀壁433的厚度。使液体在各第三液室43内产生的液压使第七膨胀壁431的弯曲度大于第八膨胀壁432的弯曲度，使第八膨胀壁432的弯曲度大于第九膨胀壁433的弯曲度，从而在液体流动的过程中，更进一步地使第三致动体42实现弯曲、扭转和伸长的动作，或者，使第三致动体42通过圆管1带动第一致动体22、第二致动体32和第四致动体52实现弯曲、伸长和扭转的动作。

第四液室53与第四凹陷51之间的壁为第十膨胀壁531，第四液室53与远离圆管1侧的第四致动体52的外表面之间壁为第十一膨胀壁532，第四凹陷51与靠近圆管1侧的第四致动体52的外表面之间壁为第十二膨胀壁533，第十膨胀壁531的厚度小于第十一膨胀壁532的厚度，第十一膨胀壁532的厚度小于第十二膨胀壁533的厚度。使液体在各第四液室53内产生的液压使第十膨胀壁531的弯曲度大于第十一膨胀壁532的弯曲度，使第十一膨胀壁532的弯曲度大于第十二膨胀壁533的弯曲度，从而在液体流动的过程中，更进一步地使第四致动体52实现弯曲、扭转和伸长的动作，或者，使第四致动体52通过圆管1带动第一致动体22、第二致动体32和第三致动体42实现弯曲、伸长和扭转的动作。

在本发明中，示例性地，通过对第一致动体22和第二致动体32充液，当各第一液室23和/或各第二液室33内不足以通过更多液体的时候，液体不可被压缩，此时第一液室23会在液体压力的作用下膨胀，进而其它各第一液室23也会膨胀，第二液室33会在液体压力的作用下膨胀，进而其它各第二液室33也会膨胀。

以第一致动体22为例，由于圆管1起到限制层作用，各第一液室23会在液压的作用下沿着第一膨胀壁231的法线方向弯曲，使得产生沿第一膨胀壁231的法线方向的弯曲力。将该弯曲力自动分解为沿着第一致动体22长度方向的伸长分量、与第一致动体22长度方向垂直并朝向第二致动体32的弯曲分量，以及与第一致动体22长度方向垂直并朝向第四致动体52的弯曲分量。其中，第一致动体22长度方向垂直并朝向第二致动体32的弯曲分量用1→2表示，与第一致动体22长度方向垂直并朝向第四致动体52的弯曲分量用1→4表示。又由于第一致动体22和第二致动体32之间固定连接，1→2与2→1大小相同并且方向相反，从而相互抵消，因此，第一致动体22和第二致动体32整体向右弯曲并伸长，促使四自由度液动软体致动器向右弯曲。同理，通过对第三致动体42和第四致动体52内充液，使四自由度液动软体致动器向左弯曲，如图8所示；对第一致动体22和第四致动体52内充液，使四自由度液动软体致动器向下弯曲，如图9所示；对第二致动体32和第三致动体42内充液，使四自由度液动软体致动器向上弯曲；对第二致动体32和第四致动体52内充液时，由于第二致动体32和第四致动体52的扭转分量大小一致并且方向相反，使四自由度液动软体致动器顺时针扭转，如图10所示；同理，对第一致动体22和第三致动体42内充液时，使四自由度液动软体致动器逆时针扭转；对第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52内同时充液，产生的向左、向右、向上和向下的力都相互抵消，因此，四自由度液动软体致动器伸长变形，如图11所示。需要说明的是，四自由度液动软体致动器向左、向右、向上和向下弯曲变形时，都伴有沿着四自由度液动软体致动器长度方向伸长。

由于第二致动体32和第四致动体52之间在圆管1上对角放置，第一致动体22和第三致动体42之间在圆管1上对角放置，第二致动体32和第四致动体52之间产生的弯曲分量不共线，第二致动体32和第四致动体52之间产生的弯曲分量也不共线，因此，在没有第一固定组件6和第二固定组件7时，圆管1会发生挤压，进而影响四自由度液动软体致动器的扭转运动，在第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52均通过第一固定组件6和第二固定组件7固定后，可以保证四自由度液动软体致动器扭转过程中的稳定性。

四自由度液动软体致动器的长度由l表示，外径大小由R表示，l/R的比值越大，四自由度液动软体致动器的弯曲性能越明显，扭转性能减弱；反之l/R的比值越小，四自由度液动软体致动器的扭转性能越明显，而弯曲性能减弱。

在本发明中，四自由度液动软体致动器通过液压驱动，增强了承载能力和稳定性，适用于水下环境甚至深海环境作业。

本发明可用于环境复杂的领域，包括但不限于限制操作空间的生物医学领域、连接需要操纵的末端执行器或摄像设备、应用于机械臂及生物肩关节等。

在本发明中，还可以将液管连接至通气设备和调气设备，使通气设备和调气设备向第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52内通气，从而使第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52实现弯曲、伸长和扭转的动作，从而实现四自由度。其中，气体进入第一致动体22、第二致动体32、第三致动体42和第四致动体52内后的气体流动路径和气体流动过程均与液体流动路径和液体流动过程相同，因此未对其进行详细说明。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种四自由度液动软体致动器，其特征在于，包括：

圆管；

第一斜腔致动组件，与所述圆管的外表面相连接，并且沿所述圆管的轴向设置；

第二斜腔致动组件，同时与所述第一斜腔致动组件和所述圆管的外表面相连接，并且沿所述圆管的轴向设置；

第三斜腔致动组件，与所述圆管的外表面相连接，并且位于靠近所述第二斜腔致动组件侧，所述第三斜腔致动组件沿所述圆管的轴向设置；

第四斜腔致动组件，位于所述第一斜腔致动组件和所述第三斜腔致动组件之间，并且同时与所述第三斜腔致动组件以及所述圆管的外表面相连接，所述第四斜腔致动组件沿所述圆管的轴向设置；

第一固定组件，与所述圆管的一端相连接，并且同时与所述圆管、所述第一斜腔致动组件、所述第二斜腔致动组件、所述第三斜腔致动组件和所述第四斜腔致动组件的一端相连接；

第二固定组件，与远离所述第一固定组件侧的所述圆管的端部相连接，并且同时与远离所述第一固定组件侧的所述第一斜腔致动组件、所述第二斜腔致动组件、所述第三斜腔致动组件和所述第四斜腔致动组件的端部相连接；

第一间隙，位于所述第一斜腔致动组件和所述第四斜腔致动组件之间；

第二间隙，位于所述第二斜腔致动组件和所述第三斜腔致动组件之间。

2.根据权利要求1所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，所述第一斜腔致动组件包括：

第一致动体；

第一通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第一致动体的端部；

第一液室，均匀设置在所述第一致动体的内部，并且靠近所述第一通液孔侧的所述第一液室与所述第一通液孔相连通；

第一液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第一致动体的侧壁上，并且与各所述第一液室相连通，所述第一液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第一凹陷，均匀设置在所述第一致动体的外表面。

3.根据权利要求2所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，所述第二斜腔致动组件包括：

第二致动体；

第二通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第二致动体的端部；

第二液室，均匀设置在所述第二致动体的内部，并且靠近所述第二通液孔侧的所述第二液室与所述第二通液孔相连通；

第二液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第二致动体的侧壁上，并且与各所述第二液室相连通，所述第二液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第二凹陷，均匀设置在所述第二致动体的外表面。

4.根据权利要求3所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，

相邻的所述第一凹陷与所述第二凹陷之间设置有供所述第一凹陷和所述第二凹陷相连通的第一连通部；

所述第一液室与所述第一连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角，所述第二液室与所述第一连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角。

5.根据权利要求3所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，所述第三斜腔致动组件包括：

第三致动体；

第三通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第三致动体的端部；

第三液室，均匀设置在所述第三致动体的内部，并且靠近所述第三通液孔侧的所述第三液室与所述第三通液孔相连通；

第三液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第三致动体的侧壁上，并且与各所述第三液室相连通，所述第三液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第三凹陷，均匀设置在所述第三致动体的外表面。

6.根据权利要求5所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，所述第四斜腔致动组件包括：

第四致动体；

第四通液孔，设置在靠近所述第一固定组件侧的所述第四致动体的端部；

第四液室，均匀设置在所述第四致动体的内部，并且靠近所述第四通液孔侧的所述第四液室与所述第四通液孔相连通；

第四液道，设置在靠近所述圆管侧的所述第四致动体的侧壁上，并且与各所述第四液室相连通，所述第四液道的轴向平行于所述圆管的轴向；

第四凹陷，均匀设置在所述第四致动体的外表面。

7.根据权利要求6所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，

相邻的所述第三凹陷与所述第四凹陷之间设置有供所述第三凹陷与所述第四凹陷相连通的第二连通部；

所述第三液室与所述第二连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角，所述第四液室与所述第二连通部之间朝向所述第二固定组件侧的夹角为锐角。

8.根据权利要求6所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，所述第一固定组件包括：

第一固件；

第一通口，位于所述第一固件的中心处，并且与所述圆管的一端相连接；

第一固定部，位于所述第一固件的一侧，并且同时与所述第一致动体、第一通液孔、所述第二致动体和所述第二通液孔的一端相连接；

第二固定部，位于所述第一固件的另一侧，并且同时与所述第三致动体、第三通液孔、所述第四致动体和所述第四通液孔的一端相连接；

第二通口，设置在所述第一固定部上，并且与所述第一通液孔相连通；

第三通口，设置在所述第一固定部上，并且与所述第二通液孔相连通；

第四通口，设置在所述第二固定部上，并且与所述第三通液孔相连通；

第五通口，设置在所述第二固定部上，并且与所述第四通液孔相连通；

第三间隙，设置在所述第一固定部和所述第二固定部之间的所述第一固件上，并且位于靠近所述第一间隙处；

第四间隙，设置在所述第三间隙对侧的所述第一固定部和所述第二固定部之间，并且位于靠近所述第二间隙处的所述第一固件上。

9.根据权利要求8所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，所述第二固定组件包括：

第二固件；

第六通口，位于所述第二固件的中心处，并且与远离所述第一通口侧的所述圆管的端部相连接；

第三固定部，位于所述第二固件的一侧，并且同时与所述第一致动体和所述第二致动体的另一端相连接；

第四固定部，位于所述第二固件的另一侧，并且同时与所述第三致动体、和所述第四致动体的另一端相连接；

第五间隙，设置在所述第三固定部和所述第四固定部之间的所述第二固件上，并且位于靠近所述第一间隙处；

第六间隙，设置在所述第五间隙对侧的所述第三固定部和所述第四固定部之间，并且位于靠近所述第二间隙处的所述第二固件上。

10.根据权利要求6所述的四自由度液动软体致动器，其特征在于，

所述第一液室与所述第一凹陷之间的壁为第一膨胀壁，所述第一液室与远离所述圆管侧的所述第一致动体的外表面之间壁为第二膨胀壁，所述第一凹陷与靠近所述圆管侧的所述第一致动体的外表面之间壁为第三膨胀壁，所述第一膨胀壁的厚度小于所述第二膨胀壁的厚度，所述第二膨胀壁的厚度小于所述第三膨胀壁的厚度；

所述第二液室与所述第二凹陷之间的壁为第四膨胀壁，所述第二液室与远离所述圆管侧的所述第二致动体的外表面之间壁为第五膨胀壁，所述第二凹陷与靠近所述圆管侧的所述第二致动体的外表面之间壁为第六膨胀壁，所述第四膨胀壁的厚度小于所述第五膨胀壁的厚度，所述第五膨胀壁的厚度小于所述第六膨胀壁的厚度；

所述第三液室与所述第三凹陷之间的壁为第七膨胀壁，所述第三液室与远离所述圆管侧的所述第三致动体的外表面之间壁为第八膨胀壁，所述第三凹陷与靠近所述圆管侧的所述第三致动体的外表面之间壁为第九膨胀壁，所述第七膨胀壁的厚度小于所述第八膨胀壁的厚度，所述第八膨胀壁的厚度小于所述第九膨胀壁的厚度；

所述第四液室与所述第四凹陷之间的壁为第十膨胀壁，所述第四液室与远离所述圆管侧的所述第四致动体的外表面之间壁为第十一膨胀壁，所述第四凹陷与靠近所述圆管侧的所述第四致动体的外表面之间壁为第十二膨胀壁，所述第十膨胀壁的厚度小于所述第十一膨胀壁的厚度，所述第十一膨胀壁的厚度小于所述第十二膨胀壁的厚度。