[发明专利]一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法

权利要求书

1.一种具有双稳态特性的柔性驱动器，其特征在于，包括顶部驱动器(1)、中间驱动器(2)和底部驱动器(3)，顶部驱动器(1)设置在中间驱动器(2)上部，底部驱动器(3)设置在中间驱动器(2)下部；

所述顶部驱动器(1)包括六个具有双稳态性能的球帽形结构(4)、气管(5)和第一连杆装置(6)，六个球帽形结构(4)通过气管(5)并联在第一连杆装置(6)上，六个球帽形结构(4)在同一平面内等距分布，第一连杆装置(6)上设置有顶部驱动器输气管(7)、第一分气孔(8)和中间驱动器输气管(9)，第一分气孔(8)与气管(5)一一对应，气管(5)将球帽形结构(4)与第一分气孔(8)连通，中间驱动器输气管(9)与中间驱动器(2)连通；

所述中间驱动器(2)包括一个具有双稳态性能的球帽形结构(4)；

所述底部驱动器(3)包括六个具有双稳态性能的球帽形结构(4)、气管(5)和第二连杆装置(10)，六个球帽形结构(4)通过气管(5)并联在第二连杆装置(10)上，六个球帽形结构(4)在同一平面内等距分布，第二连杆装置(10)，上设置有底部驱动器输气管(11)、第二分气孔(12)和连接杆(15)，第二分气孔(12)与气管(5)一一对应，气管(5)将球帽形结构(4)与第二分气孔(12)连通，连接杆(15)与中间驱动器(2)连接；

所述球帽形结构(4)包括外帽(13)和内帽(14)，外帽(13)和内帽(14)为两个半球体，球帽形结构(4)有两个稳定位置，常态时，外帽(13)和内帽(14)处于同一方向，球帽形结构(4)输入气体时，内帽(14)受到气体压力作用向远离外帽(13)的方向运动到达阈值状态；持续向球帽形结构(4)输入气体，内帽(14)突破阈值向与外帽(13)相反的方向快速凸起。

2.根据权利要求1所述的一种具有双稳态特性的柔性驱动器，其特征在于，所述顶部驱动器(1)、中间驱动器(2)和底部驱动器(3)轴线重合。

3.根据权利要求2所述的一种具有双稳态特性的柔性驱动器，其特征在于，所述顶部驱动器(1)、中间驱动器(2)和底部驱动器(3)采用柔性材料。

4.根据权利要求3所述的一种具有双稳态特性的柔性驱动器，其特征在于，所述柔性材料为硅胶、橡胶、聚氨酯树脂中的一种。

5.一种权利要求1至4任意一项所述的具有双稳态特性的柔性驱动器在管道中的驱动方法，包括以下步骤：

步骤一：向底部驱动器(3)输送气体，气体通过底部驱动器输气管(11)流经第二分气孔(12)和六根气管(5)分别到达球帽形结构(4)中，六个球帽形结构(4)受到气压的刺激，内帽(14)突破阈值向管道内壁方向即与外帽(13)相反的方向快速凸起，与管道内壁紧密贴合，支撑住自身重量；

步骤二：通过中间驱动器输气管(9)向中间驱动器(2)内输送气体，球帽形结构(4)受到气压的刺激，内帽(14)突破阈值向管道轴向方向(与外帽(13)方向相反)快速凸起，使得顶部驱动器(1)在中间驱动器的内帽(14)的带动下沿着管道轴向方向移动一定的距离；

步骤三：通过向顶部驱动器(1)输送气体，气体通过顶部驱动器输气管(7)流经第一分气孔(8)和六根气管(5)分别到达球帽形结构(4)中，六个球帽形结构(4)受到气压的刺激，内帽(14)突破阈值分别向管道内壁方向即与外帽(13)相反的方向快速凸起，与管道内壁紧密贴合，支撑住自身重量；

步骤四：向底部驱动器(3)输送负压气体，负压气体通过底部驱动器输气管(11)流经第二分气孔(12)和六根气管(5)分别到达球帽形结构(4)中，六个球帽形结构(4)中的内帽(14)在负压气体的作用下，迅速脱离下水管道内壁，回到常态即内帽(14)与外帽(13)方向一致；

步骤五：向中间驱动器(2)中输送负压气体，负压气体流经中间驱动器输气管(9)通往中间驱动器，球帽形结构(4)中内帽(14)在负压气体的刺激下迅速回到常态即内帽(14)与外帽(13)方向一直，使得底部驱动器(3)在中间驱动器的内帽(14)的带动下沿着管道轴向方向移动一定的距离；

步骤六：重复步骤一到步骤五，在下水管道中能够实现柔性驱动器在较小充气速度下，依然能够实现快速驱动，快速运动。