仿蛇缠绕软体执行器制造技术

本申请提供一种仿蛇缠绕软体执行器，目的在于解决软体机器人尚处于研究阶段，需进一步扩展的问题。其包括弹性波纹管、应变限制层、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管。本申请提供的是一种新颖的蛇形缠绕的执行器，其包括具备应变限制层的缠绕执行器和不具备应变限制层的缠绕执行器两种类型。具备应变限制层的蛇形缠绕执行器依靠应变限制层和弹性伸缩层来确定缠绕性能，能快速高效的对细长杆进行紧密缠绕。随着充气压力的增大，蛇形缠绕执行器则会缠绕得越紧，并且能提起1.3kg的物体。不具备应变限制层的缠绕执行器更轻盈柔软，只依靠弹性伸缩层的固定走向来确定执行器的缠绕方式，同样能缠绕并提起物体。

Snake-like Winding Software Actuator

This application provides a snake-like winding software actuator, aiming at solving the problem that the software robot is still in the research stage and needs further expansion. The utility model comprises an elastic bellows, a strain limiting layer, an elastic expansion layer, a fixed connector and a gas pipeline for connecting with a gas source. This application provides a novel serpentine winding actuator, which includes two types of winding actuator with strain limiting layer and winding actuator without strain limiting layer. Serpentine winding actuator with strain limiting layer depends on strain limiting layer and elastic expansion layer to determine winding performance, which can quickly and efficiently tightly wound slender rods. With the increase of aeration pressure, the serpentine winding actuator will be more tightly wound, and can lift 1.3KG of objects. The winding actuator without strain limiting layer is lighter and more flexible. It only depends on the fixed direction of elastic expansion layer to determine the winding mode of the actuator. It can also winding and lifting objects.

【技术实现步骤摘要】
仿蛇缠绕软体执行器
本专利技术涉及机械人领域，尤其是软体机器人领域，具体为一种仿蛇缠绕软体执行器。
技术介绍
软体执行器是软体机器人近年来研究的热点之一，引起了相关学者的极大兴趣，并研发了一系列性能优良、形式多样的软体执行器。IncreasingtheDimensionalityofSoftMicrostructuresthroughInjectionInducedSelfFolding（TommasoRanzani;SheilaRusso;NicholasW.Bartlett;MichaelWehner;RobertJ.Wood，AdvancedMaterials））公开了一种多功能毫米级蜘蛛机器人，灵感来自于澳大利亚小孔雀蜘蛛。该蜘蛛机器人作为独立的软体机器人，其内部没有硬电子元件，没有电池或计算机芯片，并且也不需要连接到计算机就可以自主移动。该蜘蛛机器人中，没有刚性部件，完全是从微流体系统中获得动力实现各种能力的。在蜘蛛机器人的主体内部是一个薄的中空管系统，通过向该系统泵送特种液体，可以驱动其四肢。然而，该蜘蛛机器人目前本身并没有为任何实际目的做好准备，更像是MORPH生产方法（全称：MicrofluidicOrigamiforReconfigurablePneumatic/Hydraulic）的概念验证。该方案中，蜘蛛机器人由12层薄层组成，使用激光蚀刻出来然后粘合在一起，能够呈现出一种3D结构。为了达到其最终形状，研究人员还通过可固化树脂为这些微流体通道中的一些加压。使用激光微加工技术从模具中精确切割每一层，然后粘合到下面的一层以创建软蜘蛛的粗糙3D结构。当用来自外部的UV光照射时，树脂硬化并使较软的层永久地弯曲成所需的形状。利用混合软材料水凝胶制作的执行器在水中具有极高隐蔽性。在弹性体外部加入不可伸缩材料增强纤维限制应变，使本体发生弯曲变形。最近，折纸技术走到了软体机器人的前沿，通过折纸技术的启发研究的扭转执行器和磁控的软体微型机械同样能做出精确的螺旋形状，并同样受折纸启发研究的流体驱动软体致动器，从微观医疗结构到机器人骨骼等多尺度上都有着广泛的应用前景。为此，本申请提供一种仿蛇缠绕软体执行器，以扩展软体机器人的执行机构，促进相关技术的发展。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对软体机器人目前尚处于研究阶段，需要进一步扩展的问题，提供一种仿蛇缠绕软体执行器。专利技术人基于对蛇类缠绕行为的研究、分析，创造性的提出了本申请的技术方案。基于结构的全新改进，使得本申请的执行器能够执行缠绕、抓取等多种操作，有效满足实际应用的需要。同时，本申请的缠绕执行器具有软体机器人的优点，能够对细长杆等常规机械无法抓取的物体进行有效缠绕卷起，且能抓取超过自身重量500倍以上的物体，具有极强的抓取能力。本申请构思巧妙，设计合理，工作稳定可靠，成本低廉，是一种全新的缠绕执行机构，具有较高的应用价值和较好的应用前景，值得大规模推广和应用。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：仿蛇缠绕软体执行器，包括弹性波纹管、应变限制层、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管，所述弹性波纹管的一端封闭，所述弹性波纹管的另一端与气路管相连且气源通过气路管能向弹性波纹管内充气；所述应变限制层与弹性波纹管相连且应变限制层能为弹性波纹管提供变形限制力，所述弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连且弹性伸缩层能为弹性波纹管提供回复力。通过弹性伸缩层在弹性波纹管侧壁上位置的相对变化能实现弹性波纹管在充气时弹性波纹管的形状变化以实现缠绕执行器不同的执行动作。所述弹性伸缩层沿弹性波纹管的轴向平行设置，或所述弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置。所述弹性波纹管采用塑料或橡胶制成。所述弹性波纹管上具有若干个折叠单元。所述固定连接件为弹性O型圈，所述弹性伸缩层依次通过O型圈固定在弹性波纹管上，相邻两个O型圈之间的折叠单元为2~10个。相邻两个O型圈之间的折叠单元为4~6个。所述应变限制层设置在弹性波纹管的侧壁上且所述应变限制层在弹性波纹管上的位置能限制弹性波纹管在充气时向内弯曲的方向。所述应变限制层与弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线对称设置或交错设置。所述应变限制层沿弹性波纹管的轴向平行设置，或所述应变限制层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置。不包括应变限制层。即该结构的仿蛇缠绕软体执行器包括弹性波纹管、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管，所述弹性波纹管的一端封闭，所述弹性波纹管的另一端与气路管相连且气源通过气路管能向弹性波纹管内充气；所述弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连且弹性伸缩层能为弹性波纹管提供回复力，且即该执行器中不含应变限制层。进一步，前述仿蛇缠绕软体执行器的应用。将其用于对物体的爬行、抓取中。将其用于挂钩、抓手中。在软体扭转执行器发展的许多方面，之前的工作都为灵活材料、技术准备、理论分析和控制方法起到了巨大的促进作用。然而，目前软体执行器所展现的空间式的螺旋缠绕结构还研究得较少，能够迅速紧密缠绕的螺旋结构更少。因为比起纯粹的弯曲和延长执行器，螺旋缠绕执行器是更难以控制其变形方向。因此，缠绕更紧密和响应更快速是有更趣的也更富有挑战性。缠绕现象在自然界以及人类社会生活中普遍存在，从蛇类缠绕动物到黄瓜卷须和葡萄藤卷须，从宏观的大象鼻子到微观的DNA结构等等。缠绕现象甚至在人类的社会生活中不断用来启发产品的生产，如有悠久历史的缠绕绳索等。其中，蛇类动物的缠绕行为最为丰富多样。蛇类经过亿万年的进化，依靠柔软身体的缠绕行为实现捕猎、爬树、交配甚至杀死敌人，是大自然界生物进化过程中保留下来的软体灵活运动的杰作，缠绕行为也是蛇类最显著的特征。蛇类生物通常会以极快的响应速度缠绕猎物来捕获和消灭敌人，受到蛇类生物紧密缠绕行为的启发，我们提出了一种新颖的仿蛇缠绕软体执行器，包括具备应变限制层和不具备应变限制层的缠绕软体执行器。该结构中，波纹软管自身通过折叠波纹单元来创建运动，在原始气动驱动过程中能进行伸长，发生的应变和体积改变更小，使材料的疲劳程度最小化，从而可提高执行器的耐用性和寿命，并可在较低的压力下达到变形效果。从实验中发现设定波纹软管的连续可折叠单元为4个单元为最佳运动效果。本申请的具备应变限制层的缠绕软体执行器由波纹软管、弹性伸缩层、应变限制层、弹性O形圈和气路管制作而成。本申请中，缠绕软体执行器的缠绕性能随着波纹软管可连续折叠单元数、弹性伸缩层和应变限制层的不同走向，以及波纹软管总共关节数的不同，而带来丰富的缠绕性能变化，从而实现了一类不同功能的软体缠绕执行器，其具有缠绕功能多样、响应速度快、性能优越、成本低廉等显著特点。该执行器原始状态为近直线状态，充气时会发生紧密稳定的缠绕状态，且随着气压的增大缠绕越发紧密。泄气时依然恢复成直线状态。实际测试中，本执行器连续可折叠单元数为4，4个单元为一节，且总共52个关节。输入50~400kpa的气压，执行器会发生缠绕变形。进一步，当专利技术人撤销掉应变限制层后，提出不具备应变限制层的缠绕软体执行器。本申请中，缠绕软体执行器主要由波纹软管、弹性伸缩层、弹性O形圈、用于与气源相连的气路管构成。其中，弹性波纹管的一端封闭，弹性波纹管的另一端与气路管相连；弹性伸缩层通过固定连接件与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，包括弹性波纹管、应变限制层、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管，所述弹性波纹管的一端封闭，所述弹性波纹管的另一端与气路管相连且气源通过气路管能向弹性波纹管内充气；所述应变限制层与弹性波纹管相连且应变限制层能为弹性波纹管提供变形限制力，所述弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连且弹性伸缩层能为弹性波纹管提供回复力。

【技术特征摘要】
1.仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，包括弹性波纹管、应变限制层、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管，所述弹性波纹管的一端封闭，所述弹性波纹管的另一端与气路管相连且气源通过气路管能向弹性波纹管内充气；所述应变限制层与弹性波纹管相连且应变限制层能为弹性波纹管提供变形限制力，所述弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连且弹性伸缩层能为弹性波纹管提供回复力。2.根据权利要求1所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，通过弹性伸缩层在弹性波纹管侧壁上位置的相对变化能实现弹性波纹管在充气时弹性波纹管的形状变化以实现缠绕执行器不同的执行动作。3.根据权利要求2所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述弹性伸缩层沿弹性波纹管的轴向平行设置，或所述弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置。4.根据权利要求1所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述弹性波纹管采用塑料或橡胶制成。5.根据权利要求1~4任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖冰，臧红彬，朱娜娜，杨正，周颖玥，郎鑫，代瑶，屈涛，王韵杰，张宇航，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51