CN211806189U - 一种万向变刚度的软体执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种万向变刚度的软体执行器，其主要由绝缘固定装置、形状记忆合金丝、形状记忆合金丝供给装置及软体执行器本体和腔室及相应控制单元组成。本实用新型所涉及的一种万向变刚度软体执行器可以实现多自由度的变形精确控制和执行器姿态控制调整，能够实现执行器的刚度调节，具有变刚度特性，制作简单，具有自适应性，可适用于不同软体机器人的末端执行器中，在不同工况环境下执行复杂的任务。

Description

一种万向变刚度的软体执行器

技术领域：

本发明涉及软体机器人技术领域，尤其是软体机器人执行机构领域，具体为一种万向变刚度的软体执行器。

背景技术：

软体材料因其独特的材料特性拥有许多天然的优势，例如：柔顺性、流动性、迟滞性等，这些优势使得软体机器人与传统刚性机器人相比，软体机器人由软材料加工而成，自身可连续变形，能够大幅度弯曲、扭转和伸缩，具有更高的柔顺性、安全性和适应性。在人机交互、复杂易碎品抓持和狭小空间作业等方面具有不可比拟的优势，但这些优势同样给软体机器人带来了响应速度缓慢、执行效率低等弊端。为了解决这些问题，越来越多的研究者投入到软体执行器的设计研究之中。不同材料特性与相适应的驱动方式结合，便能够设计制造出各具特色的软体执行器。最近几年，随着材料科学的发展和进步，出现了越来越多的具备不同特性的软体材料，例如：橡胶、弹性聚合物、水凝胶、形状记忆合金、Ecoflex、介电高弹体材料等。越来越多的软体执行器和软体机器人也随之出现，但目前在软体执行器和软体机器人研究上还存在很多难题，如结构、材料、建模、反馈和控制等。

末端执行器是连接机器人与操作对象的重要媒介，与传统的刚性末端执行器相比,软体末端执行器具有适应性强、安全性高、质量轻、成本低、能量利用率高等优点，使其在工业产品装卸与装配、军事机器人、农业机器人和服务机器人得到了广泛应用，具备巨大的研究和应用价值。

目前，国内外有很多学者围绕软体机器人和软体执行器的设计和实际应用领域做了大量的研究工作，并取得了不错的进展。但是软体执行器动作单一、响应缓慢、刚性不足的问题依然存在着，极大限制了软体机器人和软体执行器的发展。因此,创造出适应性高、抓取力大、多自由度、具备较强的刚性且工艺简单的软体驱动器具有重要的现实意义。

为了解决上述问题，本申请提出了一种万向变刚度的软体执行器。

发明内容：

本申请的一个目的是提供一种可实现万向的软体执行器。

本申请的另一个目的是提供一种可实现变刚度的软体执行器。

为了实现上述目的，本申请提供一种万向变刚度的软体执行器，包括绝缘固定装置、形状记忆合金丝、供给装置、软体腔室以及相应组件构成，所述形状记忆合金丝周向阵列，嵌套与软体执行器本体内。

所述形状记忆合金丝，将形状记忆合金制成直径为0.1～0.2mm 的圆柱形状，分别等距离的嵌套到软体执行器本体结构中，形状记忆合金丝折回形成一个回路。

所述软体执行器本体由软体材料制成，本体内部有腔室。

本申请提供的一种万向变刚度的软体执行器，驱动方式为气动或者液动和形状记忆合金丝复合驱动方式实现软体执行器的万向特性和变刚度特性。当不同方位的形状记忆合金丝加热收缩或者长度受到约束时，该处的形状记忆合金丝形成整个软体执行器的约束层，另一侧为变形层，执行器在受到气液激励时会朝向约束层方向变形。通过对20根形状记忆合金丝的精确控制可以实现软体执行器的变形姿态精确控制，实现多自由度的万向变形特性和刚度调节特性。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明可以实现多自由度的万向变形控制。通过不同位置记忆合金的长度约束或者加热收缩，使相应部位变为约束层，在受到气液激励时，可以实现变形姿态的精确控制。

本发明实现变刚度特性，通过对约束层和变形层的形状记忆合金丝长度约束程度进行调节可以实现软体执行器的变刚度特性。

本发明具有自适应性。

本发明制作简单，方便。

本发明携带方便，工作范围广，可适用于不同软体机器人的末端执行器中，可以在不同工况环境下执行更加复杂的任务。

附图说明：

图1为一种万向变刚度的软体执行器的整体结构示意图。

图2为一种万向变刚度的软体执行器的主视图。

图3为A-A剖视图

图4为A-A剖面轴测图

图5为绝缘固定装置

图6为绝缘固定装置和形状记忆合金丝供给装置

图7为形状记忆合金轴测图

图8为形状记忆合金阵列编号图

图9为软体执行器变形示意图

图标：1-形状记忆合金丝；2-绝缘固定装置和形状记忆合金丝供给装置；3-软体执行器本体；4-绝缘固定装置；5-进口；6-出口； 7-腔室

具体实施方式：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供的一种万向的变刚度软体执行器，如图1所示，其主要由绝缘固定装置、形状记忆合金丝、形状记忆合金丝供给装置及软体执行器本体和腔室组成。

如图2、3、4所示，本发明所提供的一种万向的变刚度软体执行器的本体内部有腔室，该腔室与进出口相连，在软体执行器本体周向嵌套有形状记忆合金丝，两端有绝缘固定装置和形状记忆合金丝供给装置。

本发明提供的一种万向的变刚度软体执行器，软体执行器本体由软体材料构成，可以通过模具和3D打印制作而成。

如图5所示，为软体执行器的绝缘固定装置，由绝缘材料制作而成，形状记忆合金丝穿过其中形成回路。

如图6所示，为软体执行器的形状记忆合金丝供给装置和进出口，由绝缘材料制作而成，形状记忆合金丝穿过其中，连接控制单元。

如图7、8所示，为形状记忆合金丝周向阵列和编号示意图，通过对形状记忆合金丝的精确控制，实现软体执行器的姿态控制和刚度调节。

如图9所示，为软体执行器的变形示意图，对形状记忆合金丝进行长度约束或者加热收缩控制，建立软体执行器的约束层，对应一侧为变形层，形状记忆合金丝长度不受约束。当软体执行器受到气液激励时，软体执行器会向约束层方向进行弯曲变形。

在本发明实施例中，通过对周向阵列的形状记忆合金丝和进出口进行精确控制，可以实现软体执行器的多自由度万向变形。

本发明实施例中，通过对1-5形状记忆合金丝进行长度约束，建立约束层，其他形状记忆合金丝不进行长度约束，此时在受到气液激励时，软体执行器会向约束层弯曲变形；通过对1-5形状记忆合金丝进行长度约束，建立约束层，其他形状记忆合金丝进行一定程度的长度约束时，此时受到一定程度的气液激励时，软体执行器也会向约束层弯曲变形，但是软体执行器的整体刚度增大，通过1-5形状记忆合金丝进行不同长度的约束和对另外的形状记忆合金丝进行不同程度的长度约束时，可以实现对软体执行器的刚度调节和姿态控制。

本发明实施例中，约束层的形状记忆合金丝数量可根据变形约束条件进行设置调整，变形层的形状记忆合金丝数量可根据变形约束条件进行设置调整，且长度约束程度均可以调节设置，气液激励程度可调，通过对其进行不同程度的参数化设置和调节可以实现软体执行器的多自由度万向变形姿态控制和刚度调节。

本发明实施例中，控制单元可以实现对形状记忆合金丝的长度约束控制和加热收缩量精确控制，同样可以实现对气液激励大小的精确控制，从而实现对软体执行器的变形姿态精确控制和刚度调节功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化、替换、修饰、组合、简化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种万向变刚度的软体执行器，其特征在于：包括形状记忆合金丝、软体执行器本体、绝缘固定装置、供给装置、相应控制单元组成，所述形状记忆合金丝周向阵列嵌套于软体执行器本体中，绝缘固定装置和形状记忆合金丝供给装置和进出口及相应控制单元分布两端。

2.如权利要求1所述的一种万向变刚度的软体执行器，其特征在于：所述软体执行器为圆柱体且内部中轴线有腔室。

3.如权利要求2所述的一种万向变刚度的软体执行器，其特征在于：形状记忆合金丝周向阵列嵌套于软体执行器本体中，当一定数量的形状记忆合金丝受到相应程度长度约束时，建立约束层；其他形状记忆合金丝受到一定程度的长度约束时，形成变形层；此时软体执行器受到一定程度的气液激励时，会向约束层方向弯曲变形，实现软体执行器的万向变形特性和变刚度特性。

4.如权利要求3所述的一种万向变刚度的软体执行器，其特征在于：在软体执行器向约束层变形时，通过改变形状记忆合金丝的长度约束或者改变气液激励大小，可以对软体执行器的变形姿态进行调整和精确控制。

5.如权利要求2所述的一种万向变刚度的软体执行器，其特征在于：软体执行器本体由软体材料通过模具或者3D打印制成而成，两端固定装置与软体执行器本体进行密封粘合。

6.如权利要求1所述的一种万向变刚度的软体执行器，其特征在于：所述形状记忆合金丝数量和长度可根据变形约束条件进行设置调整，可以根据软体执行器尺寸大小和控制精度进行自由组合。

7.如权利要求1所述的一种万向变刚度的软体执行器，其特征在于：所述控制单元可以实现对形状记忆合金丝的长度约束控制和加热收缩量精确控制，同样可以实现对气液激励大小的精确控制，从而实现对软体执行器的变形姿态精确控制和刚度调节功能。

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