CN117182959A - 一种仿尺蠖型软体气动驱动器及其制作模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿尺蠖型软体气动驱动器及其制作模具，该驱动器包括驱动器本体和气泵，驱动器本体包括线型气囊、以及设置于线型气囊底部的软质底板，线型气囊的上部呈齿形，软质底板前后两端的底部分别设有前凸起和后凸起，且后凸起的凸起程度大于前凸起的凸起程度，气泵设置于驱动器本体上，用以对线型气囊充气和吸气。本发明的有益效果：对线型气囊充气时软质底板后端前移，对线型气囊吸气时软质底板后端先与地面接触，起着支撑作用，使前凸起前移，驱动器本体持续向前移动，解决了软体爬行机器人活动半径受限的问题，提高了活动能力和爬行速度；可在不与固定气源连接的情况下完成弯曲、伸缩、移动等功能，拓宽了软体机器人的应用场景。

Description

一种仿尺蠖型软体气动驱动器及其制作模具

技术领域

本发明涉及软体驱动器设备技术领域，尤其涉及一种仿尺蠖型软体气动驱动器及其制作模具。

背景技术

近些年来，气动软体机器人及其相关领域迅速发展。其具有较快的响应速率、较轻的重量和较好的经济性的优点。软体模块化机器人一般由软体驱动器单元与连接器组成，驱动器的充放气控制气动软体爬行机器人气囊的舒张、伸缩，从而控制气动软体机器人的移动，实现不同的工作状态。

软体爬行机器人作为软体机器人中重要的一个分支，其具有强大的环境适应性与环境通过性，其结构多源于自然界中的生物。仿尺蠖型软体爬行机器人便是其一，也是仿生爬行软体机器人的主要形式。现有的研究已经使软体爬行机器人在医疗、救援、探测方面得到应用。专利CN115352544A利用智能材料制造一款仿尺蠖型软体机器人，既满足了仿尺蠖运动中前后足差动摩擦的要求，又避免了由于前后足的高度变化所引起的对躯体抗弯力矩的非线性情况，有助于实现对尺蠖运动的线性化与精确预测；专利CN113894819A采用磁控技术，使软体机器人完成拱起、收缩、前进、后退的运动动作，动力系统的简洁，为其功能的开发扩充提供了更大的空间；专利CN114795077A设计了一款仿尺蠖屈伸式微型肠道机器人机构，实现了对尺蠖屈伸前行运动功能仿生，降低了机构对肠道造成损伤的可能性，简化了单个胶囊内部机构的复杂度，提高了系统运动可靠性。然而，传统气动软体爬行机器人的气泵通过如软管的导气装置与机器人连接实现导气与驱动，以完成相关动作。但是同时受限于软管连接的导气驱动方式，传统气动软体爬行机器人的活动范围与应用场景受到严重的限制。例如，传统的尺蠖型驱动器需要气泵连接对其气囊进行充放气，但是在实际应用场景，如管道、废墟中，复杂的地形与笨重繁琐的驱动装置会严重限制其活动范围，降低其实用价值。

发明内容

有鉴于此，为了解决传统气动软体爬行机器人活动能力差，活动半径小的，爬行速度慢、严重受限于软管与气泵等硬件的问题，本发明的实施例提供了一种仿尺蠖型软体气动驱动器及其制作模具。

本发明的实施例提供一种仿尺蠖型软体气动驱动器，包括：

驱动器本体，其包括线型气囊、以及设置于所述线型气囊底部的软质底板，所述线型气囊的上部呈齿形，所述软质底板前后两端的底部分别设有前凸起和后凸起，且所述后凸起的凸起程度大于所述前凸起的凸起程度；

以及气泵，其设置于所述驱动器本体上，用以对所述线型气囊充气和吸气。

进一步地，所述线型气囊包括下部的主腔体和上部的齿形腔体。

进一步地，所述齿形腔体为梯形齿状，所述主腔体为长方体腔体。

进一步地，所述气泵为微型气泵，所述气泵设置于所述软质底板内部且位于所述软质底板的中间。

进一步地，所述前凸起包括多个前立柱，所述后凸起包括多个后立柱，所述前立柱的长度小于所述后立柱的长度。

进一步地，所述前立柱和所述后立柱的端部均设有半球形突起。

进一步地，所述驱动器本体为硅胶材质，所述软质底板的厚度大于所述线型气囊的壁厚。

进一步地，还包括遥控设备，其可与所述气泵无线通讯且控制所述气泵工作。

并且，为了实现对上述一种仿尺蠖型软体气动驱动器进行制作，本发明的实施例还提供了一种仿尺蠖型软体气动驱动器制作模具，包括气囊模具和底板模具；

所述气囊模具包括气囊上模具、气囊下模具、内芯和侧板，其中所述气囊上模具为开口朝下且一侧敞开的槽体，所述气囊下模具内顶面设有多个上齿模，所述内芯设置于所述气囊下模具上，所述内芯包括多个下齿模，所述气囊上模具下端口连接所述气囊下模具边缘，使每一所述上齿模插入相邻两所述下齿模之间，所述侧板设置于所述气囊上模具敞开的一侧且连接所述气囊下模具，使所述气囊上模具内密封；

所述底板模具包括底板上模具和底板下模具，所述底板下模具为槽体，且所述底板下的槽底两端均设有多个成型孔，且位于一端的所述成型孔的深度大于位于另一端的所述成型孔的深度，所述底板上模具盖合于所述底板下模具的上端口。

进一步地，所述气囊上模具和所述底板下模具均为矩形槽体，所述上齿模为等腰三角形，所述下齿模为等腰梯形。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本发明的一种仿尺蠖型软体气动驱动器及其制作模具，仿尺蠖型软体气动驱动器，在对线型气囊充气时线型气囊弯曲且弯曲程度大于软质底板，使软质底板后端前移；在对线型气囊吸气时线型气囊恢复，由于软质底板后端的后凸起相对前端的前凸起更凸出，软质底板后端先与地面接触，对驱动器本体起着支撑作用，使其继续前移。如此反复对线型气囊充气和吸气，使驱动器本体持续向前移动，解决了现有软体爬行机器人活动半径受限的问题，提高了活动能力和爬行速度。

2、本发明的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，直接将气泵安装于驱动器本体上，随着驱动器本体一起运动，通过遥控设备远程控制气泵来控制驱动器本体运动，可在不与固定气源连接的情况下完成弯曲、伸缩、移动等功能，拓宽了软体机器人的应用场景。

附图说明

图1是本发明一种仿尺蠖型软体气动驱动器的立体图；

图2是本发明一种仿尺蠖型软体气动驱动器的主视图；

图3是线型气囊的立体图；

图4是线型气囊的剖视图；

图5是软质底板的立体图；

图6是软质底板的主视图；

图7是本发明一种仿尺蠖型软体气动驱动器的制作模具的气囊模具的立体图；

图8是气囊模具的爆炸图；

图9是本发明一种仿尺蠖型软体气动驱动器的制作模具的底板模具的立体图；

图10是底板模具的爆炸图。

图中：1、驱动器本体；2、线型气囊；3、软质底板；4、齿形腔体；5、主腔体；6、前凸起；7、后凸起；8、前立柱；9、后立柱；10、半球形突起；100、气囊模具；101、气囊上模具；102、气囊下模具；103、侧板；104、内芯；105、下齿模；106、上齿模；107、上接头；108、下接头；109、锁环；200、底板模具；201、底板下模具；202、底板上模具；203、成型孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的描述。下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的较优的一个，旨在提供对本发明的基本了解，但并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

在本发明的描述中，需要说明的是，本发明中涉及电路和电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进。

进一步需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1和2，本发明的实施例提供了一种仿尺蠖型软体气动驱动器，包括驱动器本体1和气泵。

所述驱动器本体1主要包括线型气囊2、以及设置于线型气囊2底部的所述软质底板3。所述驱动器本体1由软质材料制成，如通过硅胶材质制成。

再结合图3和4所示，所述线型气囊2内部呈中空设置，所述线型气囊2上部呈齿形。一般的，所述线型气囊2包括下部的主腔体5和上部的齿形腔体4。所述线型气囊2的下部形状可以根据实际应用需要而设计为长条状。如本实施例中所述线型气囊2下部的所述主腔体5为长方体腔体，所述齿形腔体4为梯形齿状。

接着如图5和6所示，所述软质底板3设置于所述线型气囊2底部，所述软质底板3的厚度大于所述线型气囊2的壁厚。所述软质底板3的形状与所述线型气囊2的主腔体5的底面形状相同，这样所述软质底板3与所述主腔体5的底面贴合并通过粘接固定连接。在对所述线型气囊2内部充气时，所述线型气囊2膨胀并产生弯曲，由于所述软质底板3的厚度大于所述线型气囊2的壁厚，所述线型气囊2的齿形腔体4弯曲程度更大，而所述软质底板3的弯曲程度较小。

所述软质底板3前后两端的底部分别设有前凸起6和后凸起7，且所述后凸起7的凸起程度大于所述前凸起6的凸起程度。因此在所述线型气囊2弯曲后吸气恢复时，所述后凸起7会先与地面接触，使所述驱动器本体1通过所述后凸起7与地面支撑，进而进行前移。

具体的，所述前凸起6由多个前立柱8组成，所述后凸起7由多个后立柱9组成，并且所述前立柱8的长度小于所述后立柱9的长度。如本实施例中所述前立柱8和所述后立柱9均排列为矩形。

优选的，所述前立柱8和所述后立柱9的端部均设有半球形突起10。所述前立柱8端部的半球形突起10直径大于所述后立柱9端部的半球形突起10直径，以便所述驱动器本体1可以更好的向前移动。

所述气泵设置于所述驱动器本体1上，与所述驱动器本体1集成一起，所述气泵直接连接所述线型气囊2的气孔，可以直接对所述线型气囊2充气和吸气，这样可以避免布置固定气源以及外部管路。

优选的，所述气泵为微型气泵，所述气泵设置于所述软质底板3内部且位于所述软质底板3的中间，可以预先在所述软质底板3中间开设安装孔，然后将所述气泵嵌入安装于所述安装孔内，所述线型气囊2充气和吸气，所述软质底板3的中间基本不会产生弯曲，对所述驱动器本体1的移动不造成影响。

此外，为了对所述气泵进行远程控制，该仿尺蠖型软体气动驱动器还包括遥控设备，其可与所述气泵无线通讯且控制所述气泵工作，即可以通过所述遥控设置在远程控制所述气泵对所述线型气囊2充气和吸气，从而控制所述驱动器本体1移动。

该仿尺蠖型软体气动驱动器工作时，通过所述气泵对所述线型气囊2进行充气和吸气：

对所述线型气囊2充气时：所述线型气囊2产生弯曲，且所述线型气囊2上部的齿形腔体4弯曲幅度大于所述软质底板3的弯曲幅度，所述软质底板3后端的后凸起7脱离与地面的接触并向前移动，在完全充气后，所述线型气囊2呈弓形弯曲在平面上，此时所述后凸起7与地面再次接触并且达到稳定的状态。

对所述线型气囊2吸气时：所述线型气囊2内的压强减小，所述线型气囊2的膨胀程度降低，所述线型气囊2上部的齿形腔体4的长度减短，所述线型气囊2的弯曲程度降低，所述驱动器本体1逐渐恢复到原有的长度。在恢复的过程中，所述软质底板3后端的后凸起7支撑于地面保持静止，而所述软质底板3前端开始脱离原有的位置开始向前移动，直到完全吸气恢复到最初的压强。

如此反复对所述线型气囊2进行充气和吸气，所述驱动器本体1不断经历膨胀弯曲，吸气舒张的过程，不断循环，不断向前移动，和自然界中尺蠖的移动方式一样运动。

并且，如图7-10所示，为了实现对上述一种仿尺蠖型软体气动驱动器进行制作，本发明的实施例还提供了一种仿尺蠖型软体气动驱动器制作模具，包括气囊模具100和底板模具200。

如图7和8所示，所述气囊模具100用于制作所述线型气囊2，其具体包括气囊上模具101、气囊下模具102、内芯104和侧板103。

所述气囊上模具101为开口朝下且一侧敞开的槽体，如本实施例中所述线型气囊2下部的主腔体5为长方体腔体，故所述气囊上模具101为矩形槽体。所述气囊下模具102内顶面设有多个上齿模106，各所述上齿模106沿着所述气囊下模具102内顶面长度方向均匀布置。

所述内芯104设置于所述气囊下模具102上，所述气囊下模具102为长方形板体，所述内芯104包括多个下齿模105，各所述下齿模105沿着所述气囊下模具102长度方向均匀布置。所述下齿模105为等腰梯形，所述上齿模106和所述下齿模105配合来制作所述齿形腔体4。

所述气囊上模具101下端口连接所述气囊下模具102边缘，使每一所述上齿模106插入相邻两所述下齿模105之间，所述侧板103设置于所述气囊上模具101敞开的一侧且连接所述气囊下模具102，使所述气囊上模具101内密封。这里所述气囊上模具101下端口两侧均设有半圆柱形的上接头107，所述气囊下模具102的两端设有半圆柱形的下接头108，所述气囊上模具101下端口与所述气囊下模具102边缘对齐，每一所述上接头107与一所述下接头108拼接为圆柱体并通过锁环109锁紧。类似的，所述气囊上模具101敞开一侧和所述侧板103，同样是通过两半圆柱形的接头和锁环109锁紧固定。

如图9和10所示，所述底板模具200包括底板上模具202和底板下模具201，所述底板下模具201为槽体，本实施例中所述底板下模具201也设置为矩形槽体。且所述底板下的槽底两端均设有多个成型孔203，且位于一端的所述成型孔203的深度大于位于另一端的所述成型孔203的深度，所述底板上模具202盖合于所述底板下模具201的上端口。类似的，所述底板上模具202和所述底板下模具201同样是通过两半圆柱形的接头和锁环109锁紧固定。

在对上述一种仿尺蠖型软体气动驱动器进行制作时，分别对所述气囊模具100和所述底板模具200注入液态硅胶，待液态硅胶凝固后，裁剪修边，获得线型气囊2和软质底板3；将所述线型气囊2下端与所述软质底板3重合对齐、粘接即可制得该驱动器本体1。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于，包括：

驱动器本体，其包括线型气囊、以及设置于所述线型气囊底部的软质底板，所述线型气囊的上部呈齿形，所述软质底板前后两端的底部分别设有前凸起和后凸起，且所述后凸起的凸起程度大于所述前凸起的凸起程度；

以及气泵，其设置于所述驱动器本体上，用以对所述线型气囊充气和吸气。

2.如权利要求1所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于：所述线型气囊包括下部的主腔体和上部的齿形腔体。

3.如权利要求2所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于：所述齿形腔体为梯形齿状，所述主腔体为长方体腔体。

4.如权利要求1所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于：所述气泵为微型气泵，所述气泵设置于所述软质底板内部且位于所述软质底板的中间。

5.如权利要求1所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于：所述前凸起包括多个前立柱，所述后凸起包括多个后立柱，所述前立柱的长度小于所述后立柱的长度。

6.如权利要求5所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于：所述前立柱和所述后立柱的端部均设有半球形突起。

7.如权利要求1所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于：所述驱动器本体为硅胶材质，所述软质底板的厚度大于所述线型气囊的壁厚。

8.如权利要求1所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其特征在于：还包括遥控设备，其可与所述气泵无线通讯且控制所述气泵工作。

9.一种仿尺蠖型软体气动驱动器制作模具，其特征在于：用于制作如权利要求1-8任意一项所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器，其包括气囊模具和底板模具；

所述气囊模具包括气囊上模具、气囊下模具、内芯和侧板，其中所述气囊上模具为开口朝下且一侧敞开的槽体，所述气囊下模具内顶面设有多个上齿模，所述内芯设置于所述气囊下模具上，所述内芯包括多个下齿模，所述气囊上模具下端口连接所述气囊下模具边缘，使每一所述上齿模插入相邻两所述下齿模之间，所述侧板设置于所述气囊上模具敞开的一侧且连接所述气囊下模具，使所述气囊上模具内密封；

所述底板模具包括底板上模具和底板下模具，所述底板下模具为槽体，且所述底板下的槽底两端均设有多个成型孔，且位于一端的所述成型孔的深度大于位于另一端的所述成型孔的深度，所述底板上模具盖合于所述底板下模具的上端口。

10.如权利要求9所述的一种仿尺蠖型软体气动驱动器制作模具，其特征在于：所述气囊上模具和所述底板下模具均为矩形槽体，所述上齿模为等腰三角形，所述下齿模为等腰梯形。