[发明专利]充气伸长型气动柔性驱动器

说明书

技术领域

本发明属于气动柔性驱动器，特别是一种充气伸长型气动柔性驱动器。

背景技术

气动柔性驱动器(又称气动肌肉)是近年来发展起来的一种新型驱动装置，它具有柔顺性好、安全性高、功率/重量比大、控制特性类似生物肌肉等优点，所以特别适用于一些对驱动的安全柔顺性要求较高的应用场合，如医疗康复技术应用领域等。目前已经被工业化生产的气动柔性驱动器是由美国人J.L.Mckibben发明的Mckibben型气动肌肉，这种气动柔性驱动器是由内部的橡胶管以及外部的编织网构成，充气后径向方向膨胀、轴向方向收缩，将气体压力转化为轴向的收缩驱动力。目前，很多医疗康复训练器械中都使用了这种气动柔性驱动器作为驱动装置。但由于Mckibben型气动肌肉一方面只能产生单方向的驱动力，即驱动拉力，在很多需要推力的应用场合，则不得不通过设计机械结构来改变力的方向，这大大增加了系统的结构复杂程度；另一方面，Mckibben型气动肌肉所能产生的轴向位移也较小，一定程度上也使它的应用范围受到限制。因此迫切需要一种能产生驱动推力、位移量较大、柔顺性好的驱动装置。

为了解决上述问题，国内外的研究人员提出了一些新型气动柔性驱动器。例如中国专利200520101465.2提出了一种气动柔性驱动器，其驱动主体为一个嵌入了螺旋弹簧的橡胶管，充气后橡胶管膨胀拉伸弹簧产生轴向位移。但受橡胶材料的限制，这种气动柔性驱动器的轴向输出位移较小，驱动力也较小。日本专利P2001-107178提出了一种螺旋管型驱动器，将初始截面为扁平状的橡胶管呈螺旋状缠绕后加以固定，并在螺旋管型驱动器的某一母线位置安装轴向约束件，充气后该母线位置上的橡胶管截面的变形受到限制，而螺旋管圆周的其它位置上的橡胶管膨胀产生位移，从而使螺旋管型驱动器的轴线产生弯曲，实现转动驱动；当去除轴向约束件，并向橡胶管内充气后，螺旋管型驱动器的整个圆周上橡胶管的变形是同步的，因此可产生轴向的伸长位移，实现直线驱动。但由于这种驱动器结构的提出其主要目的是实现弯曲运动的驱动，因此没有考虑直线运动时的导向装置，直线运动的重复性不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充气伸长型气动柔性驱动器，该驱动器在压缩空气的作用下，可提供驱动推力、具有良好的柔顺性、且具有较大的轴向伸长率，特别适用于一些对柔顺性要求较高的直线驱动场合。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种充气伸长型气动柔性驱动器，包括驱动主体、导杆、弹性体、第一端盖和第二端盖，驱动主体是由加强复合管经螺旋形卷绕构成，加强复合管由初始截面形状为扁平状的弹性橡胶软管以及包裹在该弹性橡胶软管外圆周上的加强网套构成，且螺旋卷绕后形成的轴线方向与加强复合管扁平状初始截面的短半径方向平行；驱动主体套装在导杆上，该驱动主体经加强复合管螺旋卷绕形成的内孔孔壁圆周上均匀地粘接安装有弹性体，弹性体的安装方向平行于驱动主体的轴线方向；驱动主体的一端固联安装有第一端盖，该第一端盖与导杆粘接固联；驱动主体的另一端固联安装有第二端盖，该第二端盖的内孔与导杆之间为间隙配合，并可在导杆上滑动。

本发明与现有技术相比，其显著优点：具有良好柔顺性的直线驱动器，特别适合于诸如医疗康复等应用领域，与人体具有良好的亲和性。与传统的Mckibben型气动柔性驱动器相比，本发明为充气伸长型的气动柔性驱动器，即输出力为驱动推力，在很多应用场合可以替代Mckibben型气动肌肉作为驱动器从而简化系统结构设计。而且，本发明充气伸长型气动柔性驱动器的轴向伸长率较高，其最大变形位移量可达初始长度的80％～100％(如：对根据本发明技术方案制作的一个样机的实测数据表明：充气伸长型气动柔性驱动器的初始长度为70mm，在供给气压力为0.2～0.3MPa的条件下，充气伸长型气动柔性驱动器的工作长度为130mm～150mm)。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明充气伸长型气动柔性驱动器的结构剖面示意图。其中，虚线框内为本发明的充放气控制回路示意。

图2表示了构成本发明驱动主体的加强复合管上弹性橡胶软管1a和包裹在外表层上的加强网套1b的相互关系。

图3为加强网套纤维编织的局部放大图。

图4为本发明驱动主体在非工作状态下和通气后的工作状态下工作腔截面变化的对比示意。

图5为本发明在膝关节康复训练器械中的应用实例示意图。

具体实施方式