一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器，该驱动器结构包括顶部、中间螺旋结构、线圈结构和底部。中间螺旋结构上下面分别与顶面和底面连接，使得自感知气动扭转驱动器形成密闭腔室。对螺旋空腔施加负压，螺旋空腔协同坍塌，从而导致扭转驱动器产生扭转运动，当负压释放时螺旋空腔迅速恢复到初始状态。另一方面，中间螺旋结构的中心设有螺旋线圈，由于中间螺旋结构弹性体使用硅胶/磁粉复合材料制成，在充磁处理后螺旋结构弹性体具有磁性，并可以在其周围产生磁场，伴随着驱动器的变形，弹性体周围的磁场发生变化，使得穿过螺旋线圈的磁通势发生改变，从而螺旋线圈可以产生感应电动势，利用该电压信号可以感知扭转致动器的变形。本发明专利技术提出的自感知气动扭转驱动器不仅具有驱动压力小、运动范围大，还具有自感知功能。还具有自感知功能。还具有自感知功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器


[0001]本专利技术涉及柔性驱动装置领域，具体涉及一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器。

技术介绍

[0002]扭转作为最基本的运动形式之一，在生物系统和机械系统中都起着至关重要的作用，它能够显著增加系统的运动范围与灵活性。而目前的传统机器人要想实现扭转的动作仍然需要借助电机、齿轮等传统的刚性装置，而这些装置往往比较笨重、安全系数低、传动效率低下和噪声大、制作成本高，且不适合应用于软体机器人。因此，开发驱动压力小、运动范围大的高性能扭转驱动器对软体机器人的应用至关重要。
[0003]由于气动软体驱动器具有制作成本低、使用方便、控制简单等优点，因此，目前已经公开了一些气动扭转驱动器的创新设计。如专利CN109291070B和CN109026893B公开了一种三棱柱和四棱柱全软扭转执行器，该执行器包含上底面、侧边曲面和下底面，在负压驱动下可以实现扭转和直线耦合运动，扭转和直线耦合运动给驱动器的控制提出了更高的要求。专利CN106272458B公开了一种螺旋式扭转软体机器人模块，该模块包含弹性主体、后堵、中心限制条和前堵，在正压驱动下可以实现扭转运动，在驱动过程中存在因驱动压力过大出现爆炸的风险。且现阶段公开的气动扭转驱动器都不具备自感知功能。
[0004]总体而言，气动扭转驱动器仍普遍存在驱动压力高、耦合变形带来的控制难、缺乏自感知能力等问题。为了解决这些问题，需要从结构、材料、驱动方式等方面进行创新设计，并将结构、材料和驱动进行融合，开发出新型软体扭转驱动器。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器，可用于软体机器人的扭转运动模块。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器，包括四部分，分别为顶部、中间螺旋结构，线圈结构和底部。
[0008]所述顶部包括一个顶面和顶部凸台，其中顶部凸台在顶面的上方，顶部凸台中心与顶面中心对齐，顶部凸台设计便于自感知气动扭转驱动器的安装。
[0009]所述中间螺旋结构包含弹性体和螺旋空腔，所述中间螺旋结构上下面分别与顶面和底面连接，使得自感知气动扭转驱动器形成密闭腔室。
[0010]所述中间螺旋结构下面开有一个凹槽，将多个螺旋空腔互相连通，并通过硅胶软管与气泵连接。
[0011]所述中间螺旋结构弹性体由硅胶/磁粉复合材料制成，在充磁处理后弹性体具有磁性，并可以在其周围产生磁场。
[0012]所述线圈结构包含一个螺旋线圈和螺旋线圈引出线，螺旋线圈放置在螺旋结构的
中间实心区域，螺旋线圈引出线从驱动器顶部穿出，并与检测设备相连。
[0013]所述顶部包括一个底面、底部凸台和硅胶软管，底部凸台在底面的下方，底部凸台中心与底面中心对齐，底部凸台设计亦是为了方便自感知气动扭转驱动器的安装。
[0014]所述底面和底部凸台设计一个通孔，通孔连接到中间螺旋结构下面的凹槽，硅胶软管的一端与通孔插装连接，硅胶软管的另一端与气泵连接。
[0015]优选地，在上述基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器中，所述凸台结构可设计成三角形凸台、方形凸台、多边形凸台或螺纹形凸台。
[0016]优选地，在上述基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器中，所述中间螺旋结构可设计成左螺旋结构或右螺旋结构，对应的驱动器可以分别产生顺时针或逆时针的扭转运动。
[0017]优选地，在上述基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器中，所述螺旋空腔截面可以设计为三角形截面或椭圆形截面。
[0018]优选地，在上述基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器中，所述螺旋空腔数量可以是三个、四个、五个或六个，对应的中间螺旋结构的截面设计成多边形状。
[0019]优选地，在上述基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器中，所述螺旋线圈可以设计成三角形螺旋、方形螺旋或圆形螺旋结构。
[0020]进一步地，在上述基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器中，为了实现更大的扭转范围，可将多个自感知气动扭转驱动器串联连接。
[0021]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开了一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器，具有如下优点：
[0022]1.制作简单。本专利技术提出的一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器结构简单、制备要求低，使用简单的分步浇筑成型即可完成驱动器的制备。
[0023]2.安全可靠。本专利技术提出的一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器不含任何刚性零部件，可以承受高强度的挤压力，且驱动器通过负压驱动，不存在因驱动压力过大导致空腔爆炸的风险。
[0024]3.运动范围大。本专利技术提出的一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器具有驱动压力小，单位长度扭转角度大的特点，初步实验结果表明其最大单位长度扭转角度达到2.51
°
/mm，此外，通过采用不同的空腔数量、空腔截面形状或者螺旋参数，可以实现更大的扭转角度。
[0025]4.具备自感知能力。本专利技术提出的一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器在发生扭转变形的同时，还能够产生反馈电压，该电压可以用来感知驱动器的动作和变形大小。
[0026]总之，本专利技术提出的自感知气动扭转驱动器可以与自身串联使用，提高扭转范围，同时还可以与气动弯曲驱动器和气动直线驱动器等串联使用，从而提高柔性装置末端的可达空间，在柔性抓取、医疗康复和软体机器人等领域有着广泛的应用前景。
附图说明
[0027]图1为本专利技术基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器的三维结构示意图。
[0028]图2为基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器的中间螺旋结构的截面示意
图。
[0029]图3为基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器的螺旋线圈示意图。
[0030]图4为基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器的三维结构示意图，图中未示出驱动器底部结构。
[0031]图5为基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器底部示意图，图中未示出硅胶软管。
[0032]图6为基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器左螺旋结构和右螺旋结构的示意图，图中未示出顶部结构。
[0033]图7为螺旋空腔为三角形截面结构示意图。
[0034]图8为不同螺旋空腔数量的空腔截面结构示意图。
[0035]图9为三角形螺旋和方形螺旋的线圈结构示意图。
[0036]图10为基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器截面变形示意图。
[0037]图中：1.顶部凸台，2.顶面，3.中间螺旋结构，4.底面，5.底部凸台，6.硅胶软管，7.螺旋空腔，8.弹性体，9.中间实心区域，10.螺旋线圈，11.凹槽，12.通孔，13.螺旋线圈引出线1，14.螺旋线圈引出线2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器，其特征在于：包括四部分，分别为顶部、中间螺旋结构、线圈结构和底部；所述顶部包括一个顶面（2）和顶部凸台（1），其中顶部凸台（1）在顶面（2）的上方，顶部凸台中心与顶面中心对齐，顶部凸台设计便于自感知气动扭转驱动器的安装；所述中间螺旋结构（3）包含，弹性体（8）和螺旋空腔（7），所述中间螺旋结构（3）上下面分别与顶面（2）和底面（4）连接，使得整个自感知气动扭转驱动器形成密闭腔室；所述线圈结构包含一个螺旋线圈（10）和螺旋线圈引出线（13,14），螺旋线圈（10）放置在中间螺旋结构的中间实心区域（9），螺旋线圈引出线（13,14）从驱动器顶部穿出，并与检测设备相连；所述顶部包括一个底面（4）、底部凸台（5）和硅胶软管（6），底部凸台（5）在底面（4）的下方，底部凸台中心与底面中心对齐，底部凸台设计为了方便自感知气动扭转驱动器的安装。2.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器，其特征在于：所述中间螺旋结构弹性体（8）由硅胶/磁粉复合材料制成，在充磁处理后弹性体（8）具有磁性，并可以在其周围产生磁场。3.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的自感知气动扭转驱动器，其特征在于：所述中间螺旋结构（3）下面开有一个凹槽（11），将多个螺旋空腔（7）互相连通，并通过硅胶软管（6）与气泵连接，通过气泵对螺旋空腔（7）施加负压，螺旋空腔（7）协同坍塌...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖伟，胡国良，肖毅华，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：