基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器制造技术

本发明专利技术为一种基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器，包括折叠波纹管、第一软管、中心软管、第二软管和第三软管；折叠波纹管的中空部分为驱动腔室，折叠波纹管的侧壁上呈圆周均匀设有第一颗粒腔室、第二颗粒腔室和第三颗粒腔室，每个颗粒腔室内均匀填充有颗粒；折叠波纹管的两端分别通过柱形圆片密封，其中一个柱形圆片上设有第一软管、中心软管、第二软管和第三软管，中心软管与驱动腔室连通，第一软管与第一颗粒腔室连通，第二软管与第二颗粒腔室连通，第三软管与第三颗粒腔室连通，第一软管、第二软管和第三软管同时与负压泵连接，中心软管同时与气泵和真空泵连接。本发明专利技术由三个颗粒腔室与驱动腔室共同组成驱动模块，并且通过两者共同作用实现弯曲运动，一定程度上避免了相互干扰，减弱了变刚度模块对驱动器运动性能的影响。运动性能的影响。运动性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，更具体的说是涉及一种基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器，其在医疗手术、探险医疗等领域有广泛的应用前景。

技术介绍

[0002]常规的驱动器大部分以刚性结构为主，虽然其可控性好、性能可靠，但体积重量庞大、适应性灵活性不足，无法满足多样性的任务需求，刚性材料也容易导致接触物表面的破坏，安全性较低。因此，亟需一种适应性强、安全性高、灵活性大的软体驱动器。
[0003]现有的软体驱动器主要有拉线驱动、形状记忆合金(SMA)驱动、介电弹性体驱动以气压驱动等几种驱动方式。由于气压驱动安全性高、动作迅速、成本较低等优点，被广泛用于医疗手术、物体抓取等领域。
[0004]现有的气动软体驱动器大多只能实现简单的单向弯曲、伸缩功能，很少有软体驱动器同时具有任意方向弯曲、伸缩以及变刚度的功能，这导致软体驱动器的应用范围受到极大限制。另外，现有的软体驱动器受制造材料影响，刚度较低，抓取大重量物体存在较大困难。申请号为202110410798.7的专利技术专利公开了一种软体驱动器，该软体驱动器的输出力大、弯曲变形大且响应频率高，但其不具备变刚度功能，稳定性较差。申请号为202110885528.1的专利技术专利公开了一种变刚度的仿人手刚柔混合机器人，该变刚度的仿人手刚柔混合机器人具有多手指多自由度独立抓握、可变刚度、纯气动、抓握能力强、成本低等优点，但层状阻塞制作相对困难，同时需要选择合适的材料。申请号为201811170700.X的专利技术专利，公开了一种基于颗粒阻塞的变刚度气动软体驱动器，通过颗粒阻塞层处于非真空状态和真空状态的刚度变化来调节驱动器的刚度变化，但颗粒阻塞层会大幅度限制驱动器的伸长与弯曲，并且只能向固定单一方向弯曲。
[0005]综上所述，现有软体驱动器主要存在的问题：(1)仅仅能实现单方向弯曲、伸长等简单功能，且刚度较低导致其稳定性差；(2)层状阻塞变刚度的方式制作较为复杂，材料也难以选择；(3)颗粒阻塞变刚度模块与驱动模块相互独立的方式会导致两者相互干扰，从而使得驱动器的运动性能受到严重影响。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器。
[0007]本专利技术解决所述技术方案采用的技术方案是：
[0008]一种基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，该驱动器包括折叠波纹管、第一软管、中心软管、第二软管和第三软管；折叠波纹管的中空部分为驱动腔室，折叠波纹管的侧壁上呈圆周均匀设有第一颗粒腔室、第二颗粒腔室和第三颗粒腔室，每个颗粒腔室内均匀填充有颗粒；折叠波纹管的两端分别通过柱形圆片密封，其中一个柱形圆片上设有第一软管、中心软管、第二软管和第三软管，中心软管与驱动腔室连通，第一
软管与第一颗粒腔室连通，第二软管与第二颗粒腔室连通，第三软管与第三颗粒腔室连通，第一软管、第二软管和第三软管同时与负压泵连接，中心软管同时与气泵和真空泵连接。
[0009]进一步的，所述折叠波纹管采用硅胶材料制成。
[0010]进一步的，所述颗粒为平均直径1mm的球形玻璃珠。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0012]1)本专利技术设计的软体驱动器，可以实现伸缩运动与全方向弯曲运动，有着广泛的应用前景。
[0013]2)本专利技术设计软体驱动器具有变刚度功能，通过通入负压可以显著提高驱动器刚度。
[0014]3)本专利技术由三个颗粒腔室与驱动腔室共同组成驱动模块，并且通过两者共同作用实现弯曲运动，一定程度上避免了相互干扰，减弱了变刚度模块对驱动器运动性能的影响。
[0015]4)本专利技术采用了波纹管结构，与传统的网格气室相比，通入一定气压时仍然可以保持原直径，不会产生径向膨胀。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0017]图2为图1中沿切割线A切开后的截面图；
[0018]图3为图1中沿切割线A切开后的结构示意图；
[0019]图4为折叠波纹管的结构示意图；
[0020]图5为折叠波纹管的径向剖视图；
[0021]图6为折叠波纹管的轴向剖视图；
[0022]附图标记：1
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折叠波纹管；2
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第一软管；3
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中心软管；4
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第二软管；5
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第三软管；6
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第一颗粒腔室；7
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第二颗粒腔室；8
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第三颗粒腔室；9
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驱动腔室；10
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柱形圆片；11
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颗粒。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术更加通俗易懂，下文将结合实施例及附图进一步阐述本专利技术，显然，所描述的实施例仅仅是在本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。
[0024]参见附图1～6，本专利技术公开了一种基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器，该驱动器有以下结构组成：折叠波纹管1、第一软管2、中心软管3、第二软管4、第三软管5、第一颗粒腔室6、第二颗粒腔室7、第三颗粒腔室8、驱动腔室9、柱形圆片10和颗粒11；折叠波纹管1为两侧有孔的且可折叠的中空波纹管结构，中空腔室为驱动腔室9，波纹管壁内有三个颗粒腔室，分别为第一颗粒腔室6、第二颗粒腔室7和第三颗粒腔室8，第一颗粒腔室6、第二颗粒腔室7和第三颗粒腔室8均匀填充有颗粒11；中心软管的端部同折叠波纹管1一侧的与驱动腔室9相通的圆孔密封固定；第一软管的端部同折叠波纹管1一侧的与第一颗粒腔室7相通的圆孔密封固定，且在两者软管端口设置过滤网，同样的，第二软管4、第三软管5用同样方式分别与第二颗粒腔室7、第三颗粒腔室8密封连接；折叠波纹管1的两端分别通过柱形圆片10密封，其中一个柱形圆片10上设置各个软管。
[0025]为了进一步优化上述方案，折叠波纹管1由具有良好拉伸能力的硅胶材料制成；
[0026]为了进一步优化上述方案，填充颗粒11平均直径为1mm的球形玻璃珠；
[0027]为了进一步优化上述方案，第一软管2、第二软管4、第三软管5均与负压泵连接，中心软管3同时与气泵、真空泵连接。
[0028]本专利技术的工作原理和工作流程是：
[0029]本专利技术提供的软体驱动器可实现伸缩运动与全方向弯曲运动：折叠波纹管1得益于其波纹管的结构，当通过中心软管3向折叠波纹管1的驱动腔室9充气时，气压上升会导致折叠波纹管1发生伸展变形而使得整体结构伸长；当通过中心软管3向折叠波纹管1的驱动腔室9抽气时，气压下降会导致折叠波纹管1发生折叠变形而使得整体结构缩短，通过对驱动腔室9的充气与抽气实现驱动器的伸缩功能。
[0030]对折叠波纹管1内的驱动腔室充气，对第一颗粒腔室6抽气，真空状态下的第一颗粒腔室6难以发生变形，正常状态下的第二颗粒腔室7、第三颗粒腔室8容易本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于颗粒阻塞技术的变刚度全向运动软体驱动器，其特征在于，该驱动器包括折叠波纹管、第一软管、中心软管、第二软管和第三软管；折叠波纹管的中空部分为驱动腔室，折叠波纹管的侧壁上呈圆周均匀设有第一颗粒腔室、第二颗粒腔室和第三颗粒腔室，每个颗粒腔室内均匀填充有颗粒；折叠波纹管的两端分别通过柱形圆片密封，其中一个柱形圆片上设有第一软管、中心软管、第二软管和第三软管，中心软管与驱动腔室连通，第一软管与...

【专利技术属性】
技术研发人员：慈立伟，王梦校，王辉，彭冉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：