一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术克服了现有技术中，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。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，特别涉及一种具有双稳态特性的柔性驱动器及驱动方法。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是要解决上述
技术介绍
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。
[0004]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；
[0005]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；
[0006]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；
[0007]所述中间驱动器包括一个具有双稳态性能的球帽形结构；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]所述顶部驱动器、中间驱动器和底部驱动器轴线重合；
[0012]所述顶部驱动器、中间驱动器和底部驱动器采用柔性材料；
[0013]所述柔性材料为硅胶、橡胶、聚氨酯树脂中的一种。
[0014]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：
[0015]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；
[0016]步骤二：通过中间驱动器输气管向中间驱动器内输送气体，球帽形结构受到气压的刺激，内帽突破阈值向管道轴向方向与外帽方向相反快速凸起，使得顶部驱动器在在中间驱动器的内帽的带动下沿着管道轴向方向移动一定的距离；
[0017]步骤三：通过向顶部驱动器输送气体，气体通过顶部驱动器输气管流经第一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，内帽突破阈值分别向管道内壁方向即与外帽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；
[0018]步骤四：向底部驱动器输送负压气体，负压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，六个球帽形结构中的内帽在负压气体的作用下，迅速脱离下水管道内壁，回到常态即内帽与外帽方向一致；
[0019]步骤五：向中间驱动器中输送负压气体，负压气体流经中间驱动器输气管通往中间驱动器，球帽形结构中内帽在负压气体的刺激下迅速回到常态即内帽与外帽方向一直，使得底部驱动器在中间驱动器的内帽的带动下沿着下水管道轴向方向移动一定的距离；
[0020]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。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术克服了现有技术中，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。
附图说明
[0023]图1是本专利技术中柔性驱动器示意图。
[0024]图2是本专利技术中顶部驱动器示意图。
[0025]图3是本专利技术顶部驱动器的主视图左和俯视图右。
[0026]图4是本专利技术第一连杆装置的示意图左和剖视图右。
[0027]图5是本专利技术气管的示意图。
[0028]图6是本专利技术底部驱动器的示意图。
[0029]图7是本专利技术底部驱动器的主视图左和俯视图右。
[0030]图8是本专利技术第二连杆装置示意图左和剖视图右。
[0031]图9是球帽形结构在常态时未输送气体的状态图。
[0032]图10是球帽形结构在临界阈值时输送气体的状态图。
[0033]图11是球帽形结构在工作状态下持续输送气体的状态图。
具体实施方式
[0034]请参阅图1至图11所示，一种具有双稳态特性的柔性驱动器，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；
[0035]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；
[0036]具体的，主气源通过顶部驱动器输入气管7经过第一分气孔8和气管5向球帽形结构4中供气，主气源通过中间驱动器输气管9向中间驱动器2中供气；
[0037]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；
[0038]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、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，第二连杆装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴千，王振国，李桂伟，任露泉，韩志武，刘庆萍，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：