[发明专利]一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法

说明书

本发明公开了一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法，包括顶部驱动器、中间驱动器和底部驱动器，顶部驱动器设置在中间驱动器上部，底部驱动器设置在中间驱动器下部，本发明克服了现有技术中，柔性驱动器在驱动过程中需要提供较大充气速度且驱动速度慢的问题，提供一种具有双稳态性能的柔性驱动器，在达到阈值之后仅需较小充气速度下实现快速驱动效果，该驱动器在气体输入速度较慢时依然可以实现快速驱动，具有工作效率高、驱动速度快、能耗低等优点。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，特别涉及一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法。

背景技术

刚性机器人在工业、医疗等各个领域已经取得广泛的应用，很大程度上提高了工作效率及准确度。然而由于刚性元件在与自然环境交互时，存在人机交互危险、体积笨重等缺点，限制了其应用范围。随着机器人的应用需求和范围不断扩大，智能制造、恶劣环境等领域对机器人的柔性提出了严厉的要求。受启发于生物，例如：毛毛虫、蚯蚓等，可以开发出一系列具有多个自由度的软体机器人，成为现如今流行的研究方向。目前，流体驱动器具有复杂变形的柔性元件，使得机器人的应用范围更广阔。尽管这些驱动器具有较强的适应性，但其驱动速度较为缓慢，因为流体在流动过程中受到粘性力的限制。鉴于上述原因，有必要开发一种可以实现快速驱动的软体驱动器。

发明内容

本发明的目的是要解决上述背景技术中的问题，而提供一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法。

一种具有双稳态特性的柔性驱动器，包括顶部驱动器、中间驱动器和底部驱动器，顶部驱动器设置在中间驱动器上部，底部驱动器设置在中间驱动器下部；

所述顶部驱动器包括六个具有双稳态性能的球帽形结构、气管和第一连杆装置，六个球帽形结构通过气管并联在第一连杆装置上，六个球帽形结构在同一平面内等距分布，第一连杆装置上设置有顶部驱动器输气管、第一分气孔和中间驱动器输气管，第一分气孔与气管一一对应，气管将球帽形结构与第一分气孔连通，中间驱动器输气管与中间驱动器连通；

具体的，主气源通过顶部驱动器输入气管经过第一分气孔和气管向球帽形结构中供气，主气源通过中间驱动器输气管向中间驱动器中供气；

所述中间驱动器包括一个具有双稳态性能的球帽形结构；

所述底部驱动器包括六个具有双稳态性能的球帽形结构、气管、第二连杆装置，六个球帽形结构通过气管并联在第二连杆装置上，六个球帽形结构在同一平面内等距分布，第二连杆装置，上设置有底部驱动器输气管、第二分气孔和连接杆，第二分气孔与气管一一对应，气管将球帽形结构与第二分气孔连通，连接杆与中间驱动器连接；

具体的，主气源通过底部驱动器输气管经过第二分气孔和气管向球帽形结构中供气；

所述球帽形结构包括外帽和内帽，外帽和内帽为两个半球体，球帽形结构有两个稳定位置，常态时，外帽和内帽处于同一方向，球帽形结构输入气体时，内帽受到气体压力作用向远离外帽的方向运动到达阈值状态；持续球帽形结构输入气体，内帽突破阈值向与外帽相反的方向快速凸起；

所述顶部驱动器、中间驱动器和底部驱动器轴线重合；

所述顶部驱动器、中间驱动器和底部驱动器采用柔性材料；

所述柔性材料为硅胶、橡胶、聚氨酯树脂中的一种。

一种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：向底部驱动器输送气体，气体通过底部驱动器输气管流经第二分气孔和六根气管分别到达球帽形结构中，六个球帽形结构受到气压的刺激，内帽突破阈值向管道内壁方向即与外帽相反的方向快速凸起，与下水管道内壁紧密贴合，支撑住自身重量；