折叠式弯曲型柔性驱动器及其制作方法及测试系统技术方案

本发明专利技术提出一种折叠式弯曲型柔性驱动器及其制作方法及测试系统，包括一个可折叠结构的骨架作为承载主体，骨架外侧通过柔性密封膜密封包裹，且骨架的左动力板和右动力板向外延伸出柔性密封膜的外侧，负压管的一端伸入柔性密封膜，另一端用于连接负压源为柔性驱动器提供动力；骨架包括左动力板、右动力板、位于左动力板上部的顶板和位于右动力板上部的顶板以及位于这两个顶板之上的上横梁、位于左动力板和右动力板下部的下横梁；左/右动力板和顶板之间分别可转动连接至少两条竖直面板，且左/右动力板和顶板之间的竖直面板数量及结构参数均相同；该驱动器可以获得较大的变形幅度和输出力，并且可以在复位阶段做功。并且可以在复位阶段做功。并且可以在复位阶段做功。

【技术实现步骤摘要】
折叠式弯曲型柔性驱动器及其制作方法及测试系统


[0001]本专利技术涉及机器人驱动设备应用
，具体涉及一种折叠式弯曲型柔性驱动器及其制作方法及测试系统。

技术介绍

[0002]刚性驱动器已被广泛使用，如电机、液压缸等。然而，它们有许多缺点，如结构复杂、安全性差、适应性弱。为了做出改变，人们持续关注将柔性驱动器作为刚性驱动器的替代品，并在过去十年中开发了各种柔性驱动器。它们由柔性材料组成，具有天然的柔性和适应性。到目前为止，柔性驱动器已被应用于驱动柔性机器人。
[0003]从运动形式的角度来看，有两种主要的柔性驱动器：线性驱动器和弯曲驱动器。线性驱动器可以产生线性运动，并且在其变形幅度、输出力和工作模式方面取得了重大进展。另一方面，弯曲驱动器可以产生弯曲运动，主要由电驱动和流体动力驱动。
[0004]典型的电驱动柔性驱动器由形状记忆合金(SMA)、介电弹性体(DE)或离子聚合物
‑
金属复合材料(IPMC)制成。SMA驱动器的响应速度较慢。DE驱动器需要高驱动电压，并且稳定性差。IPMC可以产生大的变形，但输出的力很小。
[0005]与电动柔性驱动器相比，流体驱动的软弯曲驱动器在响应速度、变形和输出力方面具有优异的性能，这是近年来的研究热点。大多数现有的软弯曲驱动器由正压流体驱动，这些驱动器可以实现相当大的弯曲变形和输出力。然而，它们需要相当高的输入压力，这可能会导致安全问题。相比之下，负压驱动器非常有价值，因为它可以更安全地执行。不幸的是，很少有柔性弯曲驱动器是由负压流体驱动的。此外，现有的负压驱动弯曲驱动器通常不能令人满意地执行。
[0006]无论使用何种材料和结构，上述这些弯曲驱动器都有一个共同的特点，即它们只能单向工作。一些驱动器通过使用负压流体来促进复位，但在复位阶段难以有效做功。此外，一些驱动器通过并联连接多个空腔来产生弯曲运动，但它需要在多通道中控制驱动器的运动，这不容易操作。
[0007]总体而言，现有的柔性弯曲驱动器在变形幅度方面取得了实质性进展。然而，单向工作和小扭矩输出严重限制了大多数此类驱动器的应用。
[0008]本专利技术人2022年07月21日申请了专利技术创造名称为《基于肌肉横桥结构的柔性驱动器及其制作方法及测试系统》的专利，包括一个可折叠结构的骨架作为承载主体，骨架外侧通过柔性密封膜密封包裹，且骨架的左动力板和右动力板向外延伸出柔性密封膜的外侧，负压管的一端伸入柔性密封膜，另一端用于连接负压源为柔性驱动器提供动力；骨架包括左动力板、右动力板、位于左动力板和右动力板上部的顶板、位于左动力板和右动力板下部的底板；左/右动力板和顶/底板之间分别可转动连接至少两条竖直面板，且左/右动力板和顶/底板之间的竖直面板数量及结构参数均相同；底板与顶板的两侧之间可转动连接有两个侧板，位于同一侧的两个侧板之间也可转动连接。该驱动器可以获得良好的力保持性和较大的输出力。但是该驱动器不能主动复位，需要在外界条件的辅助下才能复位。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种折叠式弯曲型柔性驱动器及其制作方法及测试系统，以解决现有技术中存在的弯曲型柔性驱动器输出力矩小、只能单向做功的问题。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0011]一种折叠式弯曲型柔性驱动器，该柔性驱动器具有一个可形变的骨架作为承载主体，所述可形变的骨架外侧通过柔性密封膜密封包裹，且所述可形变的骨架的左动力板和右动力板向外延伸出所述柔性密封膜的外侧，负压管的一端伸入所述柔性密封膜，另一端用于连接负压源为所述柔性驱动器提供动力；所述可形变的骨架包括左动力板、右动力板、位于左动力板上部的左顶板和右动力板上部的右顶板、以及位于这两个顶板之上的上横梁、位于左动力板和右动力板下部的下横梁；所述左/右动力板和其上部的顶板之间分别可转动连接至少两条竖直面板，且每个所述竖直面板的结构参数相同；所述上横梁和所述下横梁采用弹性可形变材料，所述左动力板、右动力板采用刚性材料。并且，所述上横梁和所述下横梁的材质相同。
[0012]该折叠式弯曲型柔性驱动器还包括左弹性基板和右弹性基板，所述左弹性基板通过折叠形成左上水平板、左下水平板以及位于左上水平板、左下水平板之间的至少两条竖直面板，所述左上水平板上连接左顶板，所述左下水平板下部连接左动力板；所述右弹性基板通过折叠形成右上水平板、右下水平板以及位于右上水平板、右下水平板之间的至少两条竖直面板，所述右上水平板上连接右顶板，所述右下水平板下部连接右动力板。
[0013]所述左弹性基板的左上水平板与所述左顶板之间采用粘贴连接，所述左弹性基板的左下水平板与左动力板之间采用粘贴连接；所述右弹性基板的右上水平板与所述右顶板之间采用粘贴连接，所述右弹性基板的右下水平板与右动力板之间采用粘贴连接。
[0014]本专利技术还提供一种上述折叠式弯曲型柔性驱动器的制作方法，所述方法包括如下步骤：
[0015](1)按照设计尺寸，将弹性薄板用激光切割机切割出上横梁和下横梁备用；
[0016](2)将硬质薄板用激光切割机切割出左动力板、右动力板、左顶板、右顶板备用；
[0017](3)将弹性薄板用激光切割机切割出带切缝的左/右弹性基板备用；
[0018](4)将左/右弹性基板沿着切缝折叠成设计的结构使其具有上水平板、下水平板以及位于上水平板、下水平板之间的至少两条竖直面板，各部分可以沿着切缝发生相对转动；
[0019](5)将左动力板、左顶板分别用胶水分别粘贴在左弹性基板的特定位置上，将右动力板、右顶板分别用胶水分别粘贴在右弹性基板的特定位置上；
[0020](6)将上横梁的两端用胶水分别粘贴在左顶板和右顶板之上，将下横梁的两端用胶水分别粘贴在左动力板和右动力板之下得到驱动器的骨架，然后用柔性密封膜密封并装配负压管即可得到所述的柔性驱动器。
[0021]进一步地，在制作过程中，设定：变形的上横梁和下横梁都是近似弧形的，且圆弧两端与相邻的顶板或左/右动力板相切，S1，S2分别为下横梁和上横梁中可发生弹性变形部分的长度，θ是驱动器的弯曲角，d是两侧的竖直面板同时达到最大运动幅度后上横梁和下横梁之间的最短距离，L是竖直面板两端转轴之间的距离,Δ是上横梁长度S2和下横梁长度S1的差值；
[0022]根据公式(1)优化上述设计参数，以使驱动器产生理想的弯曲角度θ；
[0023][0024]本专利技术另外提供一种所述折叠式弯曲型柔性驱动器的测试系统，所述测试系统包括拉压力传感器、相机、真空压力表、真空比例阀、电磁换向阀、减压阀、真空泵；所述左动力板固定在支架上，所述相机通过相机支架安装在底座上，位于驱动器的正上方，所述带刻度的表盘安装在底座上，位于驱动器的正下方，并且表盘刻度的中心位置与驱动器下横梁的中心位置重合；所述拉压力传感器的前端通过一个小螺栓与所述右动力板接触，用于测试驱动器的输出力；所述拉压力传感器安装在一个可调节支架上，所述可调节支架安装在基座上，通过所述可调节支架可以调整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种折叠式弯曲型柔性驱动器，其特征在于，该柔性驱动器具有一个可形变的骨架作为承载主体，所述可形变的骨架外侧通过柔性密封膜密封包裹，且所述可形变的骨架的左动力板和右动力板向外延伸出所述柔性密封膜的外侧，负压管的一端伸入所述柔性密封膜，另一端用于连接负压源为所述柔性驱动器提供动力；所述可形变的骨架包括左动力板、右动力板、位于左动力板上部的左顶板和右动力板上部的右顶板、以及位于这两个顶板之上的上横梁、位于左动力板和右动力板下部的下横梁；所述左/右动力板和其上部的顶板之间分别可转动连接至少两条竖直面板，且每个所述竖直面板的结构参数相同；所述上横梁和所述下横梁采用弹性可形变材料，所述左动力板、右动力板采用刚性材料。2.根据权利要求1所述的折叠式弯曲型柔性驱动器，其特征在于，该折叠式弯曲型柔性驱动器还包括左弹性基板和右弹性基板，所述左弹性基板通过折叠形成左上水平板、左下水平板以及位于左上水平板、左下水平板之间的至少两条竖直面板，所述左上水平板上连接左顶板，所述左下水平板下部连接左动力板；所述右弹性基板通过折叠形成右上水平板、右下水平板以及位于右上水平板、右下水平板之间的至少两条竖直面板，所述右上水平板上连接右顶板，所述右下水平板下部连接右动力板。3.根据权利要求2所述的折叠式弯曲型柔性驱动器，其特征在于，所述左弹性基板的左上水平板与所述左顶板之间采用粘贴连接，所述左弹性基板的左下水平板与左动力板之间采用粘贴连接；所述右弹性基板的右上水平板与所述右顶板之间采用粘贴连接，所述右弹性基板的右下水平板与右动力板之间采用粘贴连接。4.根据权利要求1所述的折叠式弯曲型柔性驱动器，其特征在于，上横梁和下横梁的材质相同。5.一种权利要求1
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4之一所述折叠式弯曲型柔性驱动器的制作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)按照设计尺寸，将弹性薄板用激光切割机切割出上横梁和下横梁备用；(2)将硬质薄板用激光切割机切割出左动力板、右动力板、左顶板、右顶板备用；(3)将弹性薄板用激光切割机切割出带切缝的左/右弹性基板备用；(4)将左/右弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，邵兆稳，赵文韬，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：