CN117773886A - 一种软体爬行机器人的气动驱动器及其制作模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种软体爬行机器人的气动驱动器及其制作模具，涉及软体机器人，该气动驱动器包括柔性管体，其表面设有波纹结构，所述柔性管体的中部设有第一分隔层，使所述柔性管体间隔形成沿着长度方向间隔设置的两圆柱形的腔室，每一所述腔室内设有交叉垂直连接的第二分隔层和第三分隔层，所述第二分隔层和所述第三分隔层将所述腔室分隔形成四个扇形的独立气腔。本发明的有益效果：八个独立气腔耦合，相互联动、协作达到特定的动作需求，显著增加了软体气动驱动器的自由度；灵活调整驱动器的弯曲角度、方向与驱动器刚度，使得驱动效果多元化，其可完成动作的多样性，使得可应用至不同的气动软体爬行机器人，提高驱动器的兼容性和通用性。
Description
技术领域
本发明涉及软体机器人技术领域，尤其涉及一种软体爬行机器人的气动驱动器及其制作模具。
背景技术
近年来，软体机器人作为机器人领域的关键发展方向之一备受关注。其高度柔软的结构、优越的环境适应性以及广泛的应用领域使其在研究和设计领域引起了广泛关注。驱动器作为软体机器人的核心部件，对软体机器人至关重要，其性能的优劣直接影响软体机器人的使用性能。目前，软体机器人驱动器多局限于单一功能而设计，如仿尺蠖气动软体驱动器，针对尺蠖的运动所特化设计，仅仅能完成仿生软体尺蠖的“C”形弯曲。因此由于软体机器人驱动器仅仅能够完成一种运动严重限制了其应用范围，使其无法应用于其他应用场景。
发明内容
有鉴于此，为了解决软体机器人驱动器仅仅能够完成一种运动限制了应用场景的问题，本发明的实施例提供了一种软体爬行机器人的气动驱动器及其制作模具。
本发明的实施例提供一种软体爬行机器人的气动驱动器，包括柔性管体，其表面设有波纹结构，所述柔性管体的中部设有第一分隔层，使所述柔性管体间隔形成沿着长度方向间隔设置的两圆柱形的腔室，每一所述腔室内设有交叉垂直连接的第二分隔层和第三分隔层，所述第二分隔层和所述第三分隔层将所述腔室分隔形成四个扇形的独立气腔。
进一步地，所述第二分隔层和所述第三分隔层分别位于所述腔室的相互垂直的两直径上。
进一步地，所述第一分隔层设置于所述柔性管体轴线的中点，且与所述柔性管体的轴线垂直设置。
进一步地，所述柔性管体的外壁设有多个沿着长度方向间隔设置的外环形凹槽，所述柔性管体的内壁设有多个沿着长度方向间隔设置的内环形凹槽，每一所述内环形凹槽位于相邻两所述外环形凹槽之间。
进一步地，每一所述独立气腔位于轴线上设有增强层。
进一步地，所述柔性管体为硅胶材质。
本发明的实施例还提供了一种用于制作上述的一种软体爬行机器人的气动驱动器的模具，包括：
第一模具，其包括第一上模板和第一下模座，所述第一下模座设有半圆柱形的第一凹槽，所述第一凹槽内设有沿着长度方向间隔设置的多个第一下隔条，所述第一上模板下表面设有平行设置的两凸条，所述凸条沿着所述第一上模板长度方向布置，每一所述凸条表面设有多个沿着长度方向间隔设置的第一上隔板，两所述凸条上的所述第一上隔板一一相对设置，所述第一上模板可盖合于所述第一下模座上，使每一所述第一上隔板插入相邻两所述第一下隔条之间；
以及第二模具，其包括第二上模板和第二下模座，所述第二下模座设有矩形的第二凹槽，所述第二凹槽的相对两侧均设有沿着长度方向间隔设置的多个第二下隔条，所述第二上模板可盖合于所述第二下模座之上。
进一步地，所述凸条的截面形状为扇形，各所述第一上隔板沿着长度方向均匀间隔设置于所述凸条上。
进一步地，所述凸条的轴线设有轴向缺口。
进一步地，所述凸条的中部设有径向缺口。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明的一种软体爬行机器人的气动驱动器，通过八个独立气腔耦合，相互联动、协作达到特定的动作需求，显著增加了软体爬行机器人气动驱动器的自由度，能够轻松胜任在不同的应用场景；向各个独立气腔内充入不同的气压，灵活调整驱动器的弯曲角度、方向与驱动器刚度，使得驱动效果多元化，其可完成动作的多样性，使得可应用至不同的气动软体爬行机器人，可根据应用场景的不同驱动多种仿生气动软体机器人，提高驱动器的兼容性和通用性。
2、本发明的一种软体爬行机器人的气动驱动器的制作模具，可制作出的气动驱动器，可完成多样动作,模具采用全拆分的设计，在筑模时方便浇灌，脱模时方便取出，产率高次品率低,装配简便，易于生产。
附图说明
图1是本发明一种软体爬行机器人的气动驱动器的示意图；
图2是本发明一种软体爬行机器人的气动驱动器的主视图；
图3是图2中的A-A剖面示意图；
图4是图2中的B-B剖面示意图；
图5是图2中的C-C剖面示意图；
图6是图2中的D-D剖面示意图；
图7是图2中的E-E剖面示意图；
图8是独立气腔的示意图；
图9是独立气腔的内部结构图；
图10是独立气腔的弯曲示意图；
图11是本发明一种软体爬行机器人的气动驱动器的工作示意图；
图12是本发明一种软体爬行机器人的气动驱动器的制作模具的第一模具的示意图；
图13是第一上模板的示意图；
图14是本发明一种软体爬行机器人的气动驱动器的制作模具的第二模具的示意图；
图15是第一零件和第二零件的组装示意图。
图中：1、柔性管体；2、波纹结构；3、第一分隔层；4、第二分隔层；5、第三分隔层；6、内环形凹槽；7、外环形凹槽；8、独立气腔；9、增强层；101、第一上模板；102、第一下模座；103、第一凹槽；104、第一下隔条；105、凸条；106、第一上隔板；107、径向缺口；108、轴向缺口；201、第二上模板；202、第二下模座；203、第二凹槽；204、第二下隔条；100、第一零件；200、第二零件。
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。
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1-9，本发明的实施例提供了一种软体爬行机器人的气动驱动器，可应用至不同的气动软体爬行机器人，主要包括柔性管体1。
如图1所示，所述柔性管体1的两端封闭设置，一般为由硅胶材质制成的圆柱管体。所述柔性管体1表面设有波纹结构2，所述柔性管体1的外壁设有多个沿着长度方向间隔设置的外环形凹槽7，各所述外环形凹槽7沿着所述柔性管体1长度方向等间距间隔设置。各所述外环形凹槽7形成所述波纹结构2，使所述柔性管体1的表面形成容易产生变形区域。
优选的，如图9所示，为了使所述柔性管体1的表面形成更容易产生变形区域，所述柔性管体1的内壁设有多个沿着长度方向间隔设置的内环形凹槽6，各所述内环形凹槽6沿着所述柔性管体1长度方向等间距间隔设置，每一所述内环形凹槽6位于相邻两所述外环形凹槽7之间。
所述柔性管体1的中部设有第一分隔层3，使所述柔性管体1间隔形成沿着长度方向间隔设置的两圆柱形的腔室。这里，所述第一分隔层3设置于所述柔性管体1轴线的中点，且与所述柔性管体1的轴线垂直设置。
再结合图3和4所示，每一所述腔室内设有交叉垂直连接的第二分隔层4和第三分隔层5，所述第二分隔层4和所述第三分隔层5将所述腔室分隔形成四个扇形的独立气腔8。所述第二分隔层4和所述第三分隔层5分别位于所述腔室的相互垂直的两直径上。
如图10所示，每一所述独立气腔8近似为四分之一圆柱体的扇形，每一所述独立气腔8在充气后会产生不均匀的变形。具体的，所述独立气腔8的波纹结构2部分可以在较小的压力下产生很大的拉伸，而所述独立气腔8靠近轴线部分为实心结构伸展性差，在充气过程中不易伸展仅弯曲，这样使得所述独立气腔8朝向轴线产生定向弯曲。
此外，还可以在每一所述独立气腔8位于轴线上设置增强层9，所述增强层9为扇形，通过所述增强层9增强所述独立气腔8轴线部分的实心结构，使所述独立气腔8靠近轴线部分不易伸展仅能弯曲的效果更好。
如图11所示，该软体爬行机器人的气动驱动器工作时，对八个所述独立气腔8可独立充气，各个独立气腔8耦合联动，从而控制驱动器的变形，可实现共324种拉伸状态，达到预期内的动作。
如本实施例中，将所述柔性管体1左半段的四独立腔室按照所处的东南西北方位分别命名为左西南(LNW)，左东北(LNE)，左西南(LSW)，左东南(LSE)；右半段的四独立腔室按照所处的东南西北方位分别命名为右西南(RNW)，右东北(RNE)，右西南(RSW)，右东南(RSE)。
其中图11中a-m中，上方表格中标灰的独立腔室进行充气，未标灰的独立腔室不进行充气，对部分独立腔室进行充气，该软体爬行机器人的气动驱动器可执行不同的动作。
如图11中图f所示，想要完成仿尺蠖爬行机器人C型弯曲，只需对四个独立气腔LNE、LSE、RNE、RSE充气，该软体爬行机器人的气动驱动器将向同一方向弯曲，完成尺蠖的C型弯曲。
如图11中图j所示，想要完成仿生壁虎爬行机器人S型弯曲，只需对四个独立气腔LSW、LSE、RNW、RNE充气，该软体爬行机器人的气动驱动器两端将向不同的方向弯曲，达成S型弯曲。
同理，该软体爬行机器人的气动驱动器在应用于其他仿生软体机器人的时候，仅需要根据所需的弯曲状态挑选对应的独立气腔8充气即可达到效果。
并且，本发明的实施例还提供了一种用于制作上述的一种软体爬行机器人的气动驱动器的模具，包括第一模具和第二模具。
如图12和13所示，所述第一模具包括第一上模板101和第一下模座102，所述第一下模座102设有半圆柱形的第一凹槽103，所述第一凹槽103内设有沿着长度方向间隔设置的多个第一下隔条104，所述第一下隔条104为弧线形，各所述第一下隔条104沿着所述第一凹槽103长度方向等间距间隔设置。
所述第一上模板101下表面设有平行设置的两凸条105，所述凸条105沿着所述第一上模板101长度方向布置，每一所述凸条105表面设有多个沿着长度方向间隔设置的第一上隔板106，两所述凸条105上的所述第一上隔板106一一相对设置。所述凸条105的截面形状为扇形，所述第一上隔板106为扇形，各所述第一上隔板106沿着长度方向均匀间隔设置于所述凸条105上。
并且，所述凸条105的轴线设有轴向缺口108，所述轴向缺口108的截面为扇形，所述轴向缺口108沿着所述第一上隔板106的长度方向延伸，所述轴向缺口108用于注塑形成所述增强层9。所述凸条105的中部设有径向缺口107，所述径向缺口107设置于所述凸条105的中间位置，用于注塑形成所述第一分隔层3。
在所述第一模具合模时，所述第一上模板101可盖合于所述第一下模座102上并与所述第一下模座102锁紧，从而将所述第一凹槽103的上槽口密封，并使每一所述第一上隔板106插入相邻两所述第一下隔条104之间。
如图14所示，所述第二模具包括第二上模板201和第二下模座202，所述第二下模座202设有矩形的第二凹槽203，所述第二凹槽203的相对两侧均设有沿着长度方向间隔设置的多个第二下隔条204，所述第二下隔条204沿着所述第二凹槽203长度方向等间距间隔设置，所述第二凹槽203两侧的所述第二下隔条204一一相对设置。
在所述第二模具合模时，所述第二上模板201可盖合于所述第二下模座202上并与所述第二下模座202锁紧，从而将所述第二凹槽203的上槽口密封。
如图15所示，在所述第一模具合模后在所述第一模具内注入液态硅胶，待硅胶固化后脱模制成近似半圆柱形的第一零件100，重复上述步骤制成两所述第一零件100。然后在所述第二模具合模后在所述第二模具内注入液态硅胶，待硅胶固化后脱模制成矩形的第二零件200。将两所述第一零件100分别与所述第二零件200的上下表面贴合并粘接固定，制成该软体爬行机器人的气动驱动器。
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)
1.一种软体爬行机器人的气动驱动器，其特征在于：包括柔性管体，其表面设有波纹结构，所述柔性管体的中部设有第一分隔层，使所述柔性管体间隔形成沿着长度方向间隔设置的两圆柱形的腔室，每一所述腔室内设有交叉垂直连接的第二分隔层和第三分隔层，所述第二分隔层和所述第三分隔层将所述腔室分隔形成四个扇形的独立气腔。
2.如权利要求1所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器，其特征在于：所述第二分隔层和所述第三分隔层分别位于所述腔室的相互垂直的两直径上。
3.如权利要求1所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器，其特征在于：所述第一分隔层设置于所述柔性管体轴线的中点，且与所述柔性管体的轴线垂直设置。
4.如权利要求1所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器，其特征在于：所述柔性管体的外壁设有多个沿着长度方向间隔设置的外环形凹槽，所述柔性管体的内壁设有多个沿着长度方向间隔设置的内环形凹槽，每一所述内环形凹槽位于相邻两所述外环形凹槽之间。
5.如权利要求1所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器，其特征在于：每一所述独立气腔位于轴线上设有增强层。
6.如权利要求1所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器，其特征在于：所述柔性管体为硅胶材质。
7.如权利要求1-6任意一项所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器的制作模具，其特征在于，包括：
第一模具，其包括第一上模板和第一下模座，所述第一下模座设有半圆柱形的第一凹槽，所述第一凹槽内设有沿着长度方向间隔设置的多个第一下隔条，所述第一上模板下表面设有平行设置的两凸条，所述凸条沿着所述第一上模板长度方向布置，每一所述凸条表面设有多个沿着长度方向间隔设置的第一上隔板，两所述凸条上的所述第一上隔板一一相对设置，所述第一上模板可盖合于所述第一下模座上，使每一所述第一上隔板插入相邻两所述第一下隔条之间；
以及第二模具，其包括第二上模板和第二下模座，所述第二下模座设有矩形的第二凹槽，所述第二凹槽的相对两侧均设有沿着长度方向间隔设置的多个第二下隔条，所述第二上模板可盖合于所述第二下模座之上。
8.如权利要求7所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器的制作模具，其特征在于：所述凸条的截面形状为扇形，各所述第一上隔板沿着长度方向均匀间隔设置于所述凸条上。
9.如权利要求8所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器的制作模具，其特征在于：所述凸条的轴线设有轴向缺口。
10.如权利要求8所述的一种软体爬行机器人的气动驱动器的制作模具，其特征在于：所述凸条的中部设有径向缺口。
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