一种电流体驱动的变刚度柔性机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种电流体驱动的变刚度柔性机械臂。柔性机械臂本体内的中部开设有中心腔，中心腔外的柔性机械臂本体内开设有多个沿圆周间隔布置的侧腔，中心腔以及所有侧腔中，每个腔室内均填充介电液体。每个腔室的上部均固定安装有电极驱动组件，用于驱动液体流动。将每个电极驱动组件所在的子腔记为电极室，每个电极驱动组件与对应腔室的顶部设置有间隙并形成储液室，每个电极室下方的腔室记为变形腔，四个侧腔的变形腔内设置有纤维，用于局部改变柔性机械臂刚度。本发明专利技术的机械臂摆脱了对外部气泵、电磁阀等的束缚，将流体驱动部件集成到机械臂内部，增加了机械臂的便携性；同时采用直流电驱动，机械臂可以实现较高的变刚度频率和驱动频率。频率和驱动频率。频率和驱动频率。

【技术实现步骤摘要】
一种电流体驱动的变刚度柔性机械臂


[0001]本专利技术涉及了一种变刚度柔性机械臂，具体涉及了一种电流体驱动的变刚度柔性机械臂。

技术介绍

[0002]传统的气动机械臂需要外接气泵等，气泵的体积大、重量大，限制了机械臂的便携性和柔顺性。多自由度的气动机械臂需要多个电磁阀控制不同区域的压强以实现多种变形模式，电磁阀和机械臂之间通过硅胶管传输气体，硅胶管太长，机械臂响应慢，且存在沿程压力损失；硅胶管太短，机械臂工作范围受限。针对以上情况，有必要研究一种基于新型驱动方式的变刚度全柔性机械臂来解决这些问题。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种电流体驱动的变刚度柔性机械臂，用于人机交互、工业操作等场景。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术包括柔性机械臂本体、介电液体和电极驱动组件；柔性机械臂本体内的中部开设有中心腔，中心腔外的柔性机械臂本体内开设有多个沿圆周间隔布置的侧腔，中心腔以及所有侧腔中，每个腔室内均填充介电液体，每个腔室的上部均固定安装有电极驱动组件，将每个电极驱动组件所在的子腔记为电极室，每个电极驱动组件与对应腔室的顶部设置有间隙并形成储液室，每个电极室下方的腔室记为变形腔。
[0006]所述电极驱动组件由多组沿轴向间隔布置的电极对组成，每组电极对均固定安装在电极室内，每组电极对中，均包括多个三角电极和多个狭缝电极，多个三角电极之间连接后作为正电极，多个狭缝电极之间连接后作为负电极，所有三角电极的其中一个尖端正对对应狭缝电极的狭缝；电极对通电后，三角电极和狭缝电极之间形成非均匀电场，使得电极室内的介电液体从三角电极流向狭缝电极后形成产生射流。
[0007]所述侧腔内，电极驱动组件的电极对中，三角电极设置在狭缝电极的下方，三角电极的尖端指向储液室，电极对通电后，驱动侧腔内的介电液体从变形腔流向储液室，从而改变侧腔的刚度。
[0008]所述中心腔内，电极驱动组件的电极对中，三角电极设置在狭缝电极的上方，三角电极的尖端指向变形腔，电极对通电后，驱动中心腔内的介电液体从储液室流向变形腔，使整个柔性机械臂产生弯曲变形，弯曲方向取决于侧腔的刚度分布。
[0009]所述侧腔的变形腔内还设置有纤维。
[0010]所述介电液体为乙酸芳樟酯。
[0011]所述电极对的材料为刚性金属材料，或者为柔性导电材料。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术基于电流体技术实现，采用的电极对尺寸小，可直接集成到机械臂内部，使
机械臂便于移动和携带；电极对由直流电驱动，机械臂的工作范围、性能不再受限于硅胶管的长度；通过电驱动改变机械臂局部刚度，可使机械臂沿不同方向弯曲，灵活度高；基于电流体的变刚度技术响应频率高、尺寸小，相比传统的气动或者电加热变刚度技术具有明显的优势。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的三维结构示意图；
[0015]图2是柔性机械臂的横截面；
[0016]图3是电极室的剖视图；
[0017]图4是柔性机械臂的剖视图；
[0018]图5是电极对的工作原理示意图；
[0019]图6是电极室的电极对分布示意图；
[0020]图7是变刚度原理示意图；
[0021]图8是变刚度柔性机械臂的变形示意图。
[0022]图中：1、储液室，2、电极室，3、变形腔，4、第一侧腔，5、第二侧腔，6、第三侧腔，7、第四侧腔，8、中心腔，9、电极对，10、纤维，11、三角电极，12、狭缝电极。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施方式对本专利技术进一步说明。
[0024]如图1、图2、图3和图4所示，本专利技术包括柔性机械臂本体、介电液体、电极驱动组件以及纤维10；
[0025]柔性机械臂本体内的中部开设有中心腔8，中心腔8外的柔性机械臂本体内开设有多个沿圆周等间隔布置的侧腔，相邻侧腔之间以及侧腔与中心腔之间均互不连通。具体实施中，中心腔8的横截面为圆形，侧腔设置为4个横截面为尺寸相同的扇形并且沿圆周等间隔布置，分别记为第一侧腔4、第二侧腔5、第三侧腔6、第四侧腔7。中心腔8以及所有侧腔中，每个腔室内均填充介电液体，介电液体为乙酸芳樟酯。每个腔室的上部均固定安装有电极驱动组件，用于驱动液体流动。将每个电极驱动组件所在的子腔记为电极室2，每个电极驱动组件与对应腔室的顶部设置有间隙并形成储液室1，四个侧腔以及中心腔对应的电极室2下方的腔室记为变形腔3，变形腔3内设置有纤维10，用于局部改变柔性机械臂刚度。中心腔8的电极室2下方的变形腔3内无纤维。电极驱动组件以及纤维10均被介电液体包裹，变形腔3与电极室2之间的连接处设置有台阶，用于对纤维10限位。该机械臂摆脱了对外部气泵、电磁阀等的束缚，将流体驱动部件集成到机械臂内部，增加了机械臂的便携性；同时采用直流电驱动，机械臂可以实现较高的变刚度频率和驱动频率。
[0026]电极对9的工作原理如图5和图6所示，箭头表示射流流动方向。电极驱动组件由多组沿轴向上下间隔布置的电极对9组成，每组电极对9均固定安装在电极室2内，即固定安装在电极室2的内壁，每组电极对9中，均包括多个三角电极11和多个狭缝电极12，多个三角电极11之间通过连接架连接后作为正电极，多个狭缝电极12之间通过连接架连接后作为负电极，所有三角电极11的其中一个尖端正对对应狭缝电极12的狭缝；由于腔室内填充有介电液体，电极对9通电后，三角电极11和狭缝电极12之间形成非均匀电场，使得电极室2内的介
电液体从三角电极11流向狭缝电极12后形成产生射流，即形成从正极流向负极的射流。
[0027]侧腔内，电极驱动组件的电极对9中，三角电极11设置在狭缝电极12的下方，三角电极11的尖端指向储液室1，电极对9通电后，驱动侧腔内的介电液体从变形腔3流向储液室1，从而改变侧腔的刚度。具体实施中，侧腔内电极驱动组件由三组沿轴向上下间隔布置的电极对9组成。每组电极对9的连接架中设置有多个沿圆周间隔布置的多个三角电极11以及对应的狭缝电极12，三角电极11以及对应的狭缝电极12在轴向上间隔布置。
[0028]中心腔内，电极驱动组件的电极对9中，三角电极11设置在狭缝电极12的上方，三角电极11的尖端指向变形腔3，电极对9通电后，，驱动中心腔内的介电液体从储液室1流向变形腔3，使整个柔性机械臂产生弯曲变形，弯曲方向取决于侧腔的刚度分布。具体实施中，中心内电极驱动组件也由三组沿轴向上下间隔布置的电极对9组成。由于中心腔的腔室截面较大，需要较多电极对9来驱动介电液体，因此每组电极对9的连接架中设置有多圈沿径向半径逐渐缩小的电极对环，每圈电极对环由沿圆周间隔布置的多个三角电极11以及对应的狭缝电极12组成，三角电极11以及对应的狭缝电极12在轴向上间隔布置。
[0029]变刚度原理如图7所示，箭头表示施加载荷的方向，第一侧腔4、第二侧腔5、第三侧腔6、第四侧腔7内的三角电极11指向储液室1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流体驱动的变刚度柔性机械臂，其特征在于，包括柔性机械臂本体、介电液体和电极驱动组件；柔性机械臂本体内的中部开设有中心腔(8)，中心腔(8)外的柔性机械臂本体内开设有多个沿圆周间隔布置的侧腔，中心腔(8)以及所有侧腔中，每个腔室内均填充介电液体，每个腔室的上部均固定安装有电极驱动组件，将每个电极驱动组件所在的子腔记为电极室(2)，每个电极驱动组件与对应腔室的顶部设置有间隙并形成储液室(1)，每个电极室(2)下方的腔室记为变形腔(3)。2.根据权利要求1所述的一种电流体驱动的变刚度柔性机械臂，其特征在于，所述电极驱动组件由多组沿轴向间隔布置的电极对(9)组成，每组电极对(9)均固定安装在电极室(2)内，每组电极对(9)中，均包括多个三角电极(11)和多个狭缝电极(12)，多个三角电极(11)之间连接后作为正电极，多个狭缝电极(12)之间连接后作为负电极，所有三角电极(11)的其中一个尖端正对对应狭缝电极(12)的狭缝；电极对(9)通电后，三角电极(11)和狭缝电极(12)之间形成非均匀电场，使得电极室(2)内的介电液体从三角电极(11)流向狭缝电极(...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹俊，焦中栋，胡振汉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：