[发明专利]一种折叠式柔性弯曲执行机构及其应用

说明书

本发明公开了一种折叠式柔性弯曲执行机构及其应用，所述折叠式柔性弯曲执行机构包括可折叠气囊及与其底部连通的流体管道。可折叠气囊内部设置有多个流体腔，流体腔内可盛放各类流体，外部流体通过流体管道通入可折叠气囊的流体腔内。通过将流体充入或排出流体腔内，可实现对弯曲执行机构伸展和收缩运动的控制；本发明公开的折叠式柔性弯曲执行机构制作简单、成本低、重量轻；单位质量的输出力矩和功率密度较传统弯曲执行机构大大提高。

【技术领域】

本发明属于柔性结构设计领域，具体涉及一种折叠式柔性弯曲执行机构及其应用。

【背景技术】

现有技术中，各类机械臂、人形机器人、外骨骼等机械装置都需要多个弯曲自由度来完成给定任务。目前弯曲自由度的执行机构大都由电机及刚体传动装置组成，这类机构结构复杂，成本高，重量大，阻碍了机械结构轻量化、实用化的发展；限制了各类柔性机器人的发展及弯曲执行机构在各领域的应用。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种折叠式柔性弯曲执行机构及其应用。该执行机构通过向可折叠气囊内通入流体，控制流体在可折叠气囊内的流量及含量，进而控制可折叠气囊的展开程度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种折叠式柔性弯曲执行机构，包括可折叠气囊与流体管道，可折叠气囊内设置有流体腔；流体管道的一端与提供流体装置连通，另一端在可折叠气囊内和流体腔连通，流体从提供流体装置通过流体管道充入流体腔内；未充入流体时，可折叠气囊呈折叠状；充入流体后，可折叠气囊在折叠方向呈展开扇形状。

本发明的进一步改进在于：

优选的，流体管道上设置有总阀，用于控制流体腔内流体的流量与流向。

优选的，可折叠气囊由若干个单独的气囊依次连接组成，所有气囊底端被串连成一体。

优选的，流体腔在可折叠气囊内的布置方式为并联或树状结构；流体腔的每一个支路贯穿每一个气囊；流体管道和任意一个气囊上的流体腔连通；流体管道依据与其连通气囊流体腔的布置方式设置有支路，流体管道的支路和与其连通气囊的流体腔的支路相互对接连通。

优选的，每一个气囊设置有单独的流体腔，彼此不连通；流体腔在每一个气囊的布置方式为并联或树状结构；流体管道在每一个气囊内设置有支路，每一个支路和一个气囊流体腔的流体输入端连通。

优选的，流体管道的每一个支路设置有支路阀门，用于控制流体管道支路连接的流体腔支路内流体的流量或流向。

优选的，支路阀门选用电控阀门。

优选的，流体腔内通入的流体选用液体、气体或气液混合物。

一种折叠式柔性弯曲执行机构在设置有弯曲自由度的机械机构中转动部分的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种折叠式柔性弯曲执行机构，包括可折叠气囊及与其连通的流体管道。可折叠气囊内部设置有多个流体腔，外部流体通过流体管道通入可折叠气囊内的流体腔内。未充入流体时，可折叠气囊在折叠方向呈折扇状，充入流体时，可折叠气囊在折叠方向呈展开扇形状。通过将流体充入或排出流体腔内，可实现对弯曲执行机构伸展和收缩运动的控制；本发明公开的折叠式柔性弯曲执行机构刚度可调、制作简单、成本低、重量轻；单位质量的输出力矩和功率密度较传统弯曲执行机构大大提高；适合各类可穿戴机器人或机械系统的弯曲关节。

进一步的，流体管道上设置有总阀，用于控制流体腔内流体的流量，从而精准控制弯曲执行机构伸展和收缩运动的执行速度及执行程度，从而实现对各类机电结构弯曲自由度任意角度的精准辅助。

进一步的，可折叠气囊由若干个单独的气囊组成，所有气囊的底端被固定连接，使可折叠气囊展开时呈扇形状。