[发明专利]一种基于可折叠片状驱动器的刚软复合驱动器

说明书

本发明公开一种基于可折叠片状驱动器的刚软复合驱动器，并提供其制作方法。该刚软复合驱动器由以下几部分组成：近端刚性连接件、中段刚性连接件、远端刚性连接件、近端关节驱动器和远端关节驱动器。其中，近端刚性连接件、中段刚性连接件和远端刚性连接件采用相同的材料，均有3D打印工艺加工而成，用于连接近端关节驱动器和远端关节驱动器，同时起到支撑整体结构的作用；近端关节驱动器和远端关节驱动器采用相同的材料与结构形式，包括可折叠片状驱动器、刚性隔板和应变限制层。分别改变近端关节驱动器和远端关节驱动器内的输入气压大小，即可改变其各自的弯曲角度与末端的输出力，进而实现两自由度运动。集成多个刚性连接件与关节驱动器，便可实现多自由度运动。本发明中的刚软复合驱动器可应用于多自由度灵巧手、手功能康复机器人、穿戴式设备等领域。

技术领域

本发明属于软体机器人技术领域。本发明设计的一种基于可折叠片状驱动器的刚软复合驱动器，可实现两自由度运动，可应用于多自由度灵巧手、手功能康复机器人、穿戴式设备等领域。

背景技术

软体机器人具有传统刚性机器人无可比拟的运动柔顺性与安全性。近年来，软体机器人技术呈现爆发式发展，在工业分拣、仿生、医疗等领域取得了广泛的应用，是一个新兴的多学科交叉研究方向。

输出力不足与多自由度运动能力欠缺是制约当前软体机器人发展的重要因素。为解决上述问题，现有研究大多将基于硅橡胶等材料的多腔道软体驱动器与变刚度结构进行集成，造成整体系统过于繁杂，且加工周期较长。因此，研究基于新型结构形式的刚软复合驱动器及其制作方法，具有重要的科学意义与应用价值。

发明内容

本发明针对现有软体机器人存在的上述背景技术中的问题，提出一种基于可折叠片状驱动器的刚软复合驱动器及其制作方法，为解决软体机器人领域的输出力不足、多自由度运动能力匮乏、制作流程复杂等问题提供一种新的思路。

一种基于可折叠片状驱动器的刚软复合驱动器及其制作方法，其特征在于，所述刚软复合驱动器包括：近端刚性连接件、中段刚性连接件、远端刚性连接件、近端关节驱动器和远端关节驱动器；

所述近端刚性连接件、中段刚性连接件和远端刚性连接件采用相同的材料，均有3D打印工艺加工而成，用于连接近端关节驱动器和远端关节驱动器，同时起到支撑整体结构的作用；

所述近端关节驱动器和远端关节驱动器采用相同的材料与结构形式，包括可折叠片状驱动器、刚性隔板和应变限制层；

所述刚软复合驱动器制作方法包括以下步骤：(1)用激光切割机在热塑性聚氨酯-纤维布上切割出组成可折叠片状驱动器的上层结构与组成可折叠片状驱动器的下层结构，所述上层结构与下层结构中热塑性聚氨酯材料面对面放置并贴合；(2)采用热压工艺将所述上层结构与下层结构的边缘处融化、粘接，并留出一定的距离以便于后续插入气管；(3)将刚性隔板与应变限制层用专用的胶水粘接；(4)将可折叠片状驱动器折叠成特定的形状后，与刚性隔板及应变限制层进行组装，最终制成远端关节驱动器；

本发明的优点在于：(1)本发明提出的可折叠片状驱动器具有轻质、加工周期短、价格低廉等优点；(2)本发明基于可折叠片状驱动器的刚软复合驱动器具有输出力大的优点，且可通过多个刚软复合驱动器的串联，而实现多自由度运动；(3)本发明提出的刚软复合驱动器具有大输出力与多自由度运动等多种优点的同时，其整体结构设计较为简单，易于学习，且可根据不同的使用需求来灵活地调整各个部件的形状、材料与尺寸，可拓展性高。

附图说明

图1是本发明中刚软复合驱动器的整体结构示意图；

图2是本发明中关节驱动器的结构组成、制作流程与工作原理图；