[发明专利]闭合腔体、软体肌肉、软体机器人驱动系统和机器人系统

说明书

本发明涉及闭合腔体、软体肌肉、软体机器人驱动系统和机器人系统，其中闭合腔体具有折纸结构并限定出内腔，其中，所述折纸结构包括：本体，其具有两个轴向端部和交汇至轴向末端的多个第一轴向折叠凸脊，所述两个轴向端部中的至少一个轴向端部具有朝轴向末端渐缩的折角；至少一对端部折叠凸脊，其一体形成在所述本体上，其中每个端部折叠凸脊朝向轴向末端渐缩；以及中部折叠凸脊，其一体形成在所述本体上并连接在所述至少一对端部折叠凸脊之间；其中，闭合腔体构造成能通过充胀所述内腔从折叠状态转变为径向扩张且轴向收缩的展开状态。本发明对闭合腔体进行改进，以构成具有更高力重比且驱动压力更低的软体肌肉。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体而言涉及闭合腔体、软体肌肉、软体机器人驱动系统和机器人系统。

背景技术

近年来，软体执行器由于其具有较好的依从性、较高的安全性和较强的动力而日益引起研究人员的注意，这促进了其在日常使用和工业使用中的发展。例如，软体肌肉由于其具有独特的被动柔性和可适应性，从而在任何一个工作点上都不是绝对的刚性，在外力作用下可以在一定范围内产生形变，因此在发生碰撞、撞击等意外情况下，软体肌肉具有传统机器人执行器无法比拟的可适应性和安全性。软体肌肉尤其适用于可穿戴机器人设备或工作于通用环境下的服务机器人等应用场合。

US7779747B2公开了这样一种软体肌肉，其包括具有第一端、第二端和在这两端之间延伸且可径向膨胀的囊组件的执行器，该执行器外接有压力流体源。囊组件还包括内腔。此外，内腔里设有大致固定容积的容器。其中囊组件构造成当从容器向内腔中引入一定体积的流体时能够径向扩张且轴向收缩。但这种软体肌肉由于收缩比较低且需要较高的驱动压力才能产生相同的作用力而仍需要进一步改进。

发明内容

本发明旨在提供一种改进的适于应用于软体肌肉的闭合腔体。

本发明还旨在提供一种应用上述改进的闭合腔体的软体肌肉，能够在较低驱动压力下产生较高的收缩比。

本发明还旨在提供一种应用上述改进的软体肌肉的软体机器人驱动系统。

本发明还旨在提供一种应用上述改进的软体机器人驱动系统的机器人系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种闭合腔体，其具有折纸结构并限定出内腔，其中，所述折纸结构包括：本体，其具有两个轴向端部和交汇至轴向末端的多个第一轴向折叠凸脊，所述两个轴向端部中的至少一个轴向端部具有朝轴向末端渐缩的折角；至少一对端部折叠凸脊，其一体形成在所述本体上，其中每个端部折叠凸脊朝向轴向末端渐缩；以及中部折叠凸脊，其一体形成在所述本体上并连接在所述至少一对端部折叠凸脊之间；其中，闭合腔体构造成能通过充胀所述内腔从折叠状态转变为径向扩张且轴向收缩的展开状态。

当可充胀的内腔中填充有压力流体时，闭合腔体借助于展开轴向折叠凸脊、端部折叠凸脊和中部折叠凸脊而实现在径向上的膨胀或扩张，这种膨胀或扩张仅需较小的驱动压力就可以实现。同时闭合腔体借助于折角的角度变化可以实现其整体在轴向上的收缩，避免由于端面膨胀对一部分轴向收缩力进行抵消而导致降低所能够产生的最大作用力。该闭合腔体的构造简单且易于操作，并具有较高的安全性。

优选地，所述中部折叠凸脊包括相间隔的多个第二轴向折叠凸脊。这样，提供了一种结构简单的中部折叠凸脊。

优选地，所述中部折叠凸脊包括多个波纹折叠凸脊。这样，提供了另一种结构简单的中部折叠凸脊。

优选地，所述折纸结构由柔性不可伸缩的薄膜材料制成。这样，避免了材料自身的拉伸特性对压力流体产生的作用力造成抵消，降低软体肌肉的力重比。

根据本发明的另一个方面，提供了一种软体肌肉，其中，包括：前述的闭合腔体；可变形地包围所述闭合腔体以将径向膨胀转化为轴向收缩的限制机构；连接至所述限制机构的端部连接件；以及穿过所述端部连接件并与所述闭合腔体的内腔相连通的管路。