[发明专利]双向力输出的气动柔性驱动装置

说明书

技术领域

本发明属于气动柔性驱动器，在农业机器人、医疗机器人、服务机器人等场合有较好的应用前景。

背景技术

气动柔性驱动器因具有结构简单，清洁无污染，功率重量比大和柔顺性等优点，克服了电机驱动器结构尺寸大，不易于小型化等缺点，因此在农业、医疗、服务等领域受到越来越多的应用。但气动柔性驱动器也存在着柔性与刚度的矛盾、迟滞性等缺点。有提出一种气动柔性驱动器，如专利号CN2790700：专利名称是一种气动柔性驱动器(如图1)，公开了一种气动柔性驱动器包括左端盖、橡胶管、嵌套在橡胶管管壁中的弹簧、右端盖、管接头，所述的橡胶管两端分别与左端盖和右端盖密封连接，右端盖中部开有螺纹孔，所述的管接头通过螺纹安装在右端盖上，所述的橡胶管内腔通过管接头与大气连通。还存在的缺点是：1、主要用嵌套在橡胶管管壁中的弹簧来保证其刚度，一旦受到径向的外部作用力，驱动器易于变形，表现为刚度差。2、驱动器在通气的情况下，轴向伸长，放气时靠橡胶和弹簧的弹性恢复原状。作用力单一、力度不大。3、在不漏气的情况下，驱动器的轴向最大位移表现为橡胶管的最大伸长量，驱动器的行程太小。

发明内容

为了克服已有技术中气动柔性驱动器径向刚度差、作用力过于单一、行程太小的缺点，本发明提供一种动作灵活、柔顺性好、刚度大、行程大、与生物肌肉运动形式接近的双向力输出的气动柔性驱动装置。

双向力输出的气动柔性驱动装置，包括由端盖、第一橡胶管、嵌套在第一橡胶管管壁中的弹簧构成的气动柔性驱动器，其特征在于：所述的气动柔性驱动器的前方设置有一活塞缸，所述的气动柔性驱动器外气密地套接有第二橡胶管，所述的第二橡胶管的前端气密地套接于活塞缸的后端盖上；所述的活塞缸有前气口和后气口，活塞位于所述的前气口和后气口之间；所述的活塞连接一中空的活塞杆，.所述的活塞杆的后端连接所述的气动柔性驱动器的前端盖，所述的活塞杆连通所述活塞缸的连通前气口的前内腔和所述的气动柔性驱动器的内腔；所述的活塞缸的后端盖上有通孔，所述的通孔连通所述活塞缸的连通后气口的后内腔和所述的第二橡胶管的内腔。

进一步，所述的第二橡胶管的后端连接于所述的气动柔性驱动器的后端盖上。

本发明的技术构思是：所述的双向力输出的气动柔性驱动装置有两路与大气相通：一是大气通过活塞缸的前气口，进入活塞缸前内腔，通过活塞杆内通道进入气动柔性驱动器内；二是大气通过活塞缸的后气口，进入活塞缸后内腔，再通过活塞缸后端盖的通孔与第二橡胶管内腔相通。

驱动器向后运动时，活塞缸的后气口与大气连通，压缩气体从活塞缸的前气口进入活塞前内腔，压缩气体沿着活塞杆内通道进入气动柔性驱动器，这样气压作用于活塞，使其向后运动，直到活塞杆达到活塞缸的最后端，同时，气动柔性驱动器因内腔压力增大而表现为向后轴向伸长，气压越大，伸长量越大。

驱动器向前运动时，活塞缸的前气口与大气连通而压缩气体通过活塞缸的后气口进入活塞缸后内腔时，压缩气体经过活塞缸后端盖的通孔进入到第二橡胶管内腔，由于压缩气体作用于活塞杆，使活塞杆位置达到活塞缸的最前端。随着内腔气体压力上升，第二橡胶管沿径向膨胀，膨胀的第二橡胶管撑起外层纤维编织网，使得径向膨胀力变为轴向收缩力而驱动气动柔性驱动器进一步向前移动，其运动形式酷似生物肌肉。

本发明所述的双向力输出的气动柔性驱动器的有益效果主要表现在：1、气动柔性驱动器包含在第二橡胶管中，且受作用于第二橡胶管中的气压，使其刚度增加。2、作用力为双向力，能双向驱动；3、工作行程大，其最大行程可以达到活塞缸的活塞杆最大轴向位移量加上气动柔性驱动器的最大伸长量。4、其运动形式类似于生物肌肉的运动形式，具有柔顺性、功率/质量比大的优点。

附图说明

图1所述的气动柔性驱动器的结构示意图

图2本发明所述的双向力输出气动柔性驱动器位于第一种工作形式的示意图

图3本发明所述的双向力输出气动柔性驱动器位于第二种工作形式的示意图

具体实施方式

结合图2、3，进一步说明本发明：