[发明专利]一种阵列式串并联结构的平面软体气动驱动器

说明书

本发明属于软体机器人技术领域，提供了一种阵列式串并联结构的平面软体气动驱动器。通过外部气路连接装置向并列排布的长圆柱驱动器充气，串联的驱动单元在压强的作用下会产生膨胀收缩，与此同时，限制层将驱动单元的膨胀和收缩传递给了平面驱动器外平面，从而带动平面驱动器的收缩。本发明的阵列式串并联结构的平面软体气动驱动器具有安全舒适、变形大、改造性好等功能特点；采用扁平式软体结构，实现一定范围内平面直线收缩；采用长扁平结构，可折卷成一定空间构型，实现三维空间的伸缩、扭转功能；采用若干气动单元串联连接和并联排布，实现驱动器的灵活设计组合；可应用于仿生运动、医疗保健等领域。

技术领域

本发明属于软体机器人技术领域，涉及一种阵列式串并联结构的平面软体气动驱动器。

背景技术

具有类似生物骨骼肌运动特性的软体驱动器越来越得到研究者的关注。相比电机、液压缸等传统刚性驱动器，软体驱动器具有顺应性好、安全性高等优点，可以实现收缩、弯曲、扭转等动作。软体机器人与自然界生物的弹性模量比较接近、结构柔软度高、环境适应性好、安全性高、功能多样，在机器人驱动、医疗康复、柔性抓取等诸多领域有着广阔的应用前景。

气动软体驱动器具有质量轻、变形大、反应速度快等特点，相较于形状记忆合金等智能材料驱动，其技术发展相对成熟且应用潜力大。彭光正等在专利CN101306535A公开了一种气动人工肌肉，主要由外层编织网、内层膨胀管、密封组件和带通气孔密封组件组成，充气后气动人工肌肉沿径向膨胀，沿轴向收缩，并输出一定的拉力。姚建涛等在专利CN106426146B中公开了一种一种双作用气动人工肌肉，该气动人工肌肉由多个气囊组成，分别对推程气囊、拉程气囊充气可实现双作用气动人工肌肉的推拉功能。杨卫民等在专利CN103753524A中公开了一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手，主要包括触手、气管、电气比例阀、应变片和电磁阀，触手内部均匀分布有成组的椭球形调压型腔，通过对球形调压型腔通入气压产生形状变化，从而控制触手弯曲，实现对物体缠绕。现有伸缩型气动软体驱动器多为圆柱型/矩形结构、采用缠绕纤维线的方式实现变形约束，空间弯折能力较差。目前，对于平面收缩结构的气动驱动器研究较少。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服上述装置的不足，提出一种阵列式串并联结构的平面软体气动驱动器。该驱动器采用扁平式软体结构，实现一定范围内平面直线收缩；可折卷成一定空间构型，实现三维收缩；采用若干气动单元串联连接和并联排布，实现驱动器的灵活设计组合；采用PU规格气管作为外部气路连接装置，实现与外部气路便捷快速连接。

本发明的技术方案：

一种阵列式串并联结构的平面软体气动驱动器，包括驱动模块1、外平面模块2和外气路连接模块3；

所述的驱动模块1由若干长圆柱驱动器101并联排列；所述的长圆柱驱动器101由若干驱动单元102串联组成，驱动单元102按照预设方向连接；所述的驱动单元102包括限制层103、气路通道104和驱动空腔105；所述的限制层103在驱动单元102最外层由圆周排列的长条组成，连接驱动单元102和外平面模块2，不仅限制长圆柱驱动器101径向膨胀，还连接长圆柱驱动器101和外平面模块2；驱动空腔105为圆柱型空腔，充入气体后径向膨胀轴向收缩；不同驱动单元102之间通过气路通道104连接传递气体；所述的驱动单元102外轮廓两侧为圆台结构，在相邻驱动单元102轴向相接后向内凹陷产生更大轴向收缩；所述驱动模块1由硅橡胶制成；

所述的外平面模块2包括上下面201、侧面202和前后面203；所述的上下面201为主要面，通过限制层103与驱动单元102连接，限制驱动空腔105的径向膨胀；所述的侧面202与驱动单元102通过限制层103连接；前后面203两端与长圆柱驱动器101的两端相接，主要起密封包覆作用；所述的外平面模块2由硅橡胶制成；

所述的外气路连接模块3为PU管，通过快速气动接头与外部气源相接；所述的外气路连接模块3由PU材质制成；