CN111037539A - 柔性伸缩单元、柔性伸缩机构及混合驱动可变自由度软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的柔性伸缩单元、柔性伸缩机构及混合驱动可变自由度软体机器人，其中所述柔性伸缩单元包括第一连接器，第二连接器，以及伸缩体；所述伸缩体的两端分别固接于所述第一连接器及所述第二连接器；所述伸缩体向内形成有气体腔，所述伸缩体的内部嵌装有牵引线，所述牵引线相对于所述伸缩体部分向外伸出；所述柔性伸缩单元开设有与所述伸缩体的气体腔连通的接气通道，所述牵引线能够配合所述接气通道的通气或者抽气控制所述伸缩体的运动。本发明实现模块化结构设置，能够采用不同的组装形式，实现不同的功能，且每个柔性伸缩单元解决了驱动拉力不足及控制精度不高的问题，能够实现不同角度，不同方向弯曲的精确控制。

Description

柔性伸缩单元、柔性伸缩机构及混合驱动可变自由度软体机 器人

技术领域

本发明属于软体机器人相关技术领域，特别是涉及一种柔性伸缩单元、柔性伸缩机构及混合驱动可变自由度软体机器人。

背景技术

随着经济的发展与技术的进步，利用机器人替代人力实现生产的智能化，是生产效率提高的重要原因。

混合驱动可变自由度软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全。目前，现有的软体机器人结构复杂，存在运动控制精度差，且大应力作用所产生的形变效果差，实现不了软体机器人不同角度，不同方向的运动的弯曲效果。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中存在的技术问题，提供一种柔性伸缩单元、柔性伸缩机构及混合驱动可变自由度软体机器人。

具体地，一种柔性伸缩单元，包括第一连接器，第二连接器，以及伸缩体；所述伸缩体的两端分别固接于所述第一连接器及所述第二连接器；所述伸缩体向内形成有气体腔，所述伸缩体的内部嵌装有牵引线，所述牵引线相对于所述伸缩体部分向外伸出；所述柔性伸缩单元开设有与所述伸缩体的气体腔连通的接气通道，所述牵引线能够配合所述接气通道的通气或者抽气控制所述伸缩体的运动。

作为本发明的优选方案，所述伸缩体包括依次包裹的柔性内层、中间约束层和柔性外层；所述中间约束层具有弹性，且所述牵引线连接于所述中间约束层。

作为本发明的优选方案，所述中间约束层设为网格状结构，所述牵引线设于所述伸缩体内的部分连接于所述中间约束层的交叉接触部分。

作为本发明的优选方案，所述牵引线的数量为多根，其中每根所述牵引线分别与所述中间约束层同一方向上的交叉接触部连接固定。

作为本发明的优选方案，所述第一连接器或所述第二连接器上开设有牵引线集成孔，牵引线引出孔和连接孔道，多根所述牵引线伸出所述伸缩体的部分依次穿过所述牵引线集成孔、连接孔道及所述牵引线引出孔。

作为本发明的优选方案，所述牵引线集成孔与所述牵引线引出孔分居在所述第一连接器或所述第二连接器的相对侧，其中所述连接孔道设为环状结构。

作为本发明的优选方案，所述牵引线的数量为四根，四根所述牵引线均匀地排布在所述中间约束层上。

作为本发明的优选方案，所述第一连接器或所述第二连接器上开设有气管连接接口，所述气管连接接口通过所述接气通道与所述气体腔连通，且所述气管连接接口能够与外置气管接头插接配合并对所述气管连接接口密封。

作为本发明的优选方案，所述牵引线引出孔与所述气管连接接口邻近设置。

作为本发明的优选方案，所述第一连接器内包裹有第一磁性件，及，所述第二连接器内包裹有第二磁性件；所述第一磁性件与所述第二磁性件能够相互吸合。

本发明还请求保护一种柔性伸缩机构，包括上述任一所述的柔性伸缩单元，两个所述柔性伸缩单元能够通过其中一个所述柔性伸缩单元的第一连接器与另一个所述柔性伸缩单元的第二连接器之间的磁性配合进行连接固定。

作为本发明的优选方案，所述柔性伸缩机构还包括磁性连接构件，所述磁性连接构件具有多个端面，其中所述磁性连接构件在每个端面的位置分别嵌装有第三磁性件，所述第三磁性件能够与所述第一磁性件或所述第二磁性件相互吸合。

本发明还请求保护一种混合驱动可变自由度软体机器人，包括上述任一所述的柔性伸缩机构。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明所提供的柔性伸缩单元、柔性伸缩机构及混合驱动可变自由度软体机器人,通过合理的结构设置，实现该柔性伸缩单元模块化结构设置，使得该机器人伸缩机构能够通过不同的组装形式，实现不同的功能，以此满足对于软体机器人的使用需求；同时每个柔性伸缩单元结构简单，工作效率高，由气驱动和牵引线驱动相结合的方式进行驱动，解决了驱动拉力不足及控制精度不高的问题，能够实现不同角度，不同方向弯曲的精确控制，进而达到实现可变自由度及可变刚度的目的，满足软体机器人的使用需求。

附图说明

图1为本发明一实施方式所提供的柔性伸缩单元的结构示意图。

图2为本发明一实施方式所提供的柔性伸缩单元弯曲90°时的结构示意图。

图3为本发明一实施方式所提供的柔性伸缩单元的局部剖视图。

图4为本发明中中间约束层及牵引线的装配示意图。

图5为本发明中第一连接器的剖视图。

图6为本发明所提供的柔性伸缩机构的结构示意图。

图7为本发明所提供的柔性伸缩机构另一实施方式的结构示意图。

图8为本发明所提供的柔性伸缩机构与磁性连接构件的装配示意图。

其中，10、第一连接器；11、牵引线集成孔；12、牵引线引出孔；20、第二连接器；30、伸缩体；31、柔性内层；32、中间约束层；33、柔性外层；40、接气通道；101、气体腔；102、牵引线；103、气管连接接口；201、第一磁性件；202、第二磁性件；203、磁性连接构件；204、第三磁性件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1-图6，本发明一实施方式所提供的柔性伸缩单元，包括第一连接器10，第二连接器20，以及伸缩体30。所述伸缩体30的两端分别固接于所述第一连接器10及所述第二连接器20。

在本实施方式中，所述伸缩体30向内形成有气体腔101，所述伸缩体30的内部嵌装有牵引线102，所述牵引线102相对于所述伸缩体30部分向外伸出；其中所述柔性伸缩单元开设有与所述伸缩体30的气体腔101连通的接气通道40，所述牵引线102能够配合所述接气通道40的通气或者抽气控制所述伸缩体30的运动。也就是说，本实施方式的柔性伸缩单元将气驱动和线驱动相结合的方式进行驱动，以此解决驱动拉力不足及控制精度不高的问题，使得该柔性伸缩单元能够实现不同角度，不同方向弯曲的精确控制，进而达到该柔性伸缩单元实现可变自由度及可变刚度的目的，满足软体机器人的使用需求。

其中，本实施方式的伸缩体30包括依次包裹的柔性内层31、中间约束层32和柔性外层33；所述中间约束层具有弹性，且所述牵引线102连接于所述中间约束层32。

具体地，所述中间约束层32设为网格状结构，且所述牵引线102设于所述伸缩体30内的部分连接于所述中间约束层32的交叉接触部分。使得所述牵引线102受外力拉动时，能够在不影响所述中间约束层32对所述柔性内层31的包裹约束的情况下，实现所述柔性内层31的弯曲驱动。

可以理解，本实施方式的伸缩体30将置于所述柔性内层31与所述柔性外层33之间位置的中间约束层32设为网格状结构，使得该伸缩体30整体受到应力时，能够将应力分散，使应力不至于集中在一点或者一个面上，进而保证该伸缩体30整体受力的均匀性；而且提高了该伸缩体30的可靠性，确保该伸缩体30整体的完整性；另外，网格状结构的中间约束层32的弹性力足、可伸缩性强，在受力时该伸缩体30能够保持足够的弹力，使得该伸缩体30受力时能够及时弯曲，而当失去外力作用后该伸缩体30能够快速的恢复原状，且网格状的中间约束层32具有无方向性，使得中间约束层32在随同所述伸缩体30运动的过程中不受某一方向的限制，能够呈现出360°的弯曲效果。

在本实施方式中，所述牵引线102的数量为多根，其中每根所述牵引线102分别与所述中间约束层32同一方向上的交叉接触部连接固定。使得该柔性伸缩单元上工作时，能够将每根所述牵引线102连接于外部的驱动设备，当需要该伸缩体30朝某一方向弯曲时，只需要拉动该方向的牵引线102，或者拉动配合能够共同实现该方向弯曲的多根牵引线102即可，使得该柔性伸缩单元能够提高自由度，能够实现不同方向、不同位置的弯曲，具有灵敏度高、拉力强、变形大，及弯曲角度明显的作用。需要说明的是，外部的驱动设备具体为舵机，及与舵机相连接的轮盘，其中每根所述牵引线102能够分别与一个轮盘连接固定，又或者将多根所述牵引线102统一连接于一个轮盘，并通过轮盘合理的结构设置，使得该驱动设备工作时能够根据不同的使用需求拉动对应的牵引线102，在此就不展开阐述。

具体地，所述第一连接器10或所述第二连接器20上开设有牵引线集成孔11，牵引线引出孔12和连接孔道(图未示)，多根所述牵引线102伸出所述伸缩体30的部分依次贯穿所述牵引线集成孔11、连接孔道及所述牵引线引出孔12。也就是说，本实施方式的多根所述牵引线102能够集中从一个牵引线引出孔12引出，以此便于该柔性伸缩单元的多根牵引线102与外部驱动设备连接，同时也避免牵引线102在该柔性伸缩单元内散乱，确保所述牵引线102能够拉动所述伸缩体30并进行对应的弯曲。

在本实施方式中，所述牵引线集成孔11与所述牵引线引出孔12分居在所述第一连接器10或所述第二连接器20的相对侧，其中所述连接孔道设为环状结构。以便于所述牵引线102归整并向外引出。

其中，本实施方式的柔性伸缩单元中牵引线102的数量为四根，四根所述牵引线102均匀地排布在所述中间约束层32上。当然了需要说明的是，所述牵引线102的数量不局限于图示所示，本领域技术人员可以根据使用的需求将所述牵引线102的数量设为两根、三根，五根甚至更多根，在此就不展开阐述。

在本实施方式中，所述第一连接器10或所述第二连接器20上开设有气管连接接口103，所述气管连接接口103通过所述接气通道40与所述气体腔101连通，且所述气管连接接口103能够与外置气管接头(图未示)插接配合并对所述气管连接接口103密封。也就是说，本实施方式采用插拔的方式与该柔性伸缩单元的连接并连通，以便于对该柔性伸缩单元的通气或者抽气，同时也规避了因需在该柔性伸缩单元中预埋气管而引发的缺陷。需要说明的是，所述接气通道40设置在所述第一连接器10上，且所述伸缩体30与所述第二连接器20连接一端设为封闭端。

其中，所述牵引线引出孔12和所述气管连接接口103邻近设置，具体可设置在所述第一连接器10上。

在本实施方式中，所述第一连接器10内包裹有第一磁性件201，及，所述第二连接器20内包裹有第二磁性件202，所述第一磁性件201与所述第二磁性件202能够相互吸合。使得本实施方式的柔性伸缩单元能够通过所述第一磁性件201与所述第二磁性件202之间的相互吸合形成为环状的结构，以满足软体机器人不同的使用需求。需要说明的是，本实施方式的第一磁性件201和第二磁性件202为强磁件，且本实施方式的柔性伸缩单元除了所述第一磁性件201和所述第二磁性件202为刚性件外，其它结构均为柔性材质制备而成。

请一并参阅图6、图7，本发明还请求保护一种柔性伸缩机构，包括上述所述的柔性伸缩单元，另个所述柔性伸缩单元能够通过其中一个所述柔性伸缩单元的第一连接器10与另一个所述柔性伸缩单元的第二连接器20之间的磁性配合进行连接固定，使得本实施方式的柔性伸缩机构中的柔性伸缩单元可以根据上述的方式进行相互装配，以满足软体机器人不同的使用需求；且采用磁性件磁吸的方式进行相互装配，具有便于该柔性伸缩机构中柔性伸缩单元之间的相互装配。

请一并参阅图8，本实施方式的柔性伸缩机构还包括磁性连接构件203，所述磁性连接构件203具有多个端面，其中所述磁性连接构件203在每个端面的位置分别嵌装有第三磁性件204，所述第三磁性件203能够与所述第一磁性件201或所述第二磁性件202相互吸合。也就是说，本实施方式的柔性伸缩机构能够以所述磁性连接构件203为中心，将每个所述柔性伸缩单元分别通过所述第一磁性件201或者所述第二磁性件202与所述第三磁性件204之间的吸合装配本发明还请求保护一种软体机器人，包括上述所述的柔性伸缩机构。

综上，本发明所提供的柔性伸缩单元、柔性伸缩机构及软体机器人,通过合理的结构设置，实现该柔性伸缩单元模块化结构设置，使得该机器人伸缩机构能够通过不同的组装形式，实现不同的功能，以此满足对于软体机器人的使用需求；同时每个柔性伸缩单元结构简单，工作效率高，由气驱动和牵引线驱动相结合的方式进行驱动，解决了驱动拉力不足及控制精度不高的问题，能够实现不同角度，不同方向弯曲的精确控制，进而达到实现可变自由度及可变刚度的目的，满足软体机器人的使用需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种柔性伸缩单元，其特征在于：包括第一连接器，第二连接器，以及伸缩体；所述伸缩体的两端分别固接于所述第一连接器及所述第二连接器；所述伸缩体向内形成有气体腔，所述伸缩体的内部嵌装有牵引线，所述牵引线相对于所述伸缩体部分向外伸出；所述柔性伸缩单元开设有与所述伸缩体的气体腔连通的接气通道，所述牵引线能够配合所述接气通道的通气或者抽气控制所述伸缩体的运动。

2.根据权利要求1所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述伸缩体包括依次包裹的柔性内层、中间约束层和柔性外层；所述中间约束层具有弹性，且所述牵引线连接于所述中间约束层。

3.根据权利要求2所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述中间约束层设为网格状结构，所述牵引线设于所述伸缩体内的部分连接于所述中间约束层的交叉接触部分。

4.根据权利要求3所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述牵引线的数量为多根，其中每根所述牵引线分别与所述中间约束层同一方向上的交叉接触部连接固定。

5.根据权利要求4所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述第一连接器或所述第二连接器上开设有牵引线集成孔，牵引线引出孔和连接孔道，多根所述牵引线依次穿过所述牵引线集成孔、连接孔道及所述牵引线引出孔。

6.根据权利要求5所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述牵引线集成孔与所述牵引线引出孔分居在所述第一连接器或所述第二连接器的相对侧，其中所述连接孔道设为环状结构。

7.根据权利要求6所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述牵引线的数量为四根，四根所述牵引线均匀地排布在所述中间约束层上。

8.根据权利要求1所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述第一连接器或所述第二连接器上开设有气管连接接口，所述气管连接接口通过所述接气通道与所述气体腔连通，且所述气管连接接口能够与外置气管接头插接配合并对所述气管连接接口密封。

9.根据权利要求5或者7所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述牵引线引出孔与所述气管连接接口邻近设置。

10.根据权利要求1所述的柔性伸缩单元，其特征在于：所述第一连接器内包裹有第一磁性件，及，所述第二连接器内包裹有第二磁性件；所述第一磁性件与所述第二磁性件能够相互吸合。

11.一种柔性伸缩机构，其特征在于：包括多个权利要求1-10中任一所述的柔性伸缩单元，两个所述柔性伸缩单元能够通过其中一个所述柔性伸缩单元的第一连接器与另一个所述柔性伸缩单元的第二连接器之间的磁性配合进行连接固定。

12.根据权利要求11所述的柔性伸缩机构，其特征在于：所述柔性伸缩机构还包括磁性连接构件，所述磁性连接构件具有多个端面，其中所述磁性连接构件在每个端面的位置分别嵌装有第三磁性件，所述第三磁性件能够与所述第一磁性件或所述第二磁性件相互吸合。

13.一种混合驱动可变自由度软体机器人，其特征在于：包括权利要求11或者12所述的柔性伸缩机构。

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