[发明专利]灵敏软体执行器及其应用

说明书

本发明公开了一种灵敏软体执行器及其应用，属于软体机器人领域，目的在于解决现有的软体执行器存在响应速度慢的缺陷。该灵敏软体执行器包括柔性合金层、驱动组件、弹性限制层，所述柔性合金层为薄片状，所述柔性合金层具有直线形态和卷曲形态两种初始形态；所述驱动组件包括用于与气源相连的气体输送管、驱动气囊，所述气体输送管与驱动气囊相连且气体输送管能向驱动气囊进行输气和放气。本申请的软体执行器具有相应速度快的优点，且最大的响应速率达到了32.7 cm/s。除此之外，发明人基于灵敏软体执行器，通对多种运动形态的研究，实现了仿生手的灵敏控制、机械皮肤、螺旋夹持器、可变形爬行机器人的制备。本申请构思巧妙，设计合理，结构简单。

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，尤其是软体机器人执行机构领域，具体为灵敏软体执行器及其应用。本申请的执行器具有响应速率快，执行效率高等优点，能够满足不同情景下的应用需求，具有较高的应用价值和较好的应用前景，值得大规模推广和应用。

背景技术

软体材料拥有许多天然的优势，例如：柔顺性、迟滞性、流动性等。这些优势使得软体机器人适用于很多传统机器人无法涉足的领域，例如：软体可穿戴设备、软体夹持器、医疗和手术、环境侦查等。但这些优势同样给软体机器人带来了响应速度缓慢、执行效率低等弊端。为了解决这些问题，越来越多的研究者投入到软体执行器的设计研究之中。

针对不同材料特性并结合适应的驱动方式，能够设计出各具特色的软体执行器。因此，软体材料的选用就显得愈发十分关键。近年来，越来越多的软体材料出现在人们视野当中，例如：橡胶、弹性聚合物、水凝胶、形状记忆合金、Ecoflex、介电高弹体材料等。越来越多的软体执行器随之出现，但响应速率缓慢的问题依然没有得到解决。与此同时，强光、磁场、湿度等苛刻的工作环境也对执行器提出了更高地要求。

目前，很多研究学者围绕软体执行器的设计和软体机器人的实际应用领域做了大量的工作，并取得了不错的进展。但软体执行器响应缓慢的问题依然存在着，极大限制了软体机器人的发展。

为了解决这个问题，本申请提出了一种响应灵敏的软体执行器，以解决该问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有的软体执行器存在响应速度慢的缺陷，提供一种灵敏软体执行器及其应用。本申请的软体执行器具有相应速度快的优点，且最大的响应速率达到了32.7 cm/s。除此之外，发明人基于灵敏软体执行器，通对多种运动形态的研究，实现了仿生手的灵敏控制以及机械皮肤、螺旋夹持器、可变形爬行机器人的制备。本申请构思巧妙，设计合理，结构简单，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

灵敏软体执行器，包括柔性合金层、驱动组件、弹性限制层，所述柔性合金层为薄片状，所述柔性合金层具有直线形态和卷曲形态两种初始形态；

所述驱动组件包括用于与气源相连的气体输送管、驱动气囊，所述气体输送管与驱动气囊相连且气体输送管能向驱动气囊进行输气和放气；

所述驱动气囊位于柔性合金层向内卷曲的一侧，所述弹性限制层设置在驱动气囊与柔性合金层外侧，所述弹性限制层使得驱动气囊与柔性合金层紧密贴合为一体且弹性限制层能限制驱动气囊沿其径向的膨胀并将驱动气囊的运动转化为沿驱动气囊的轴向形变；

或包括柔性合金层、第三气囊、固定层，所述柔性合金层为薄片状，所述柔性合金层具有直线形态和卷曲形态两种初始形态，所述柔性合金层的中部设置有沿垂直于其轴向的折痕，所述折痕的开口方向位于柔性合金层未设置驱动气囊的一侧，所述固定层为两个且设置于柔性合金层上，所述固定层分别位于折痕的两侧且固定层能对柔性合金层的两臂起到固定作用。

所述柔性合金层采用金属材料制成，所述柔性合金层呈薄片条状，所述柔性合金层沿其卷曲运动方向对称设置，所述柔性合金层具有直线形态和卷曲形态两种初始形态且柔性合金层在外力作用下能在直线形态和卷曲形态之间转换。