[发明专利]多级变刚度气动软体执行器

说明书

本发明公开了一种多级变刚度气动软体执行器，包括第一软体机架、气囊、接触式螺旋弹性变刚度元件、气压式管状变刚度元件、接触式齿形变刚度模块；第一软体机架顶部设有U形槽，多个独立驱动的气囊依次固定在对应的U形槽内；第一软体机架内部设有第一腔体、第二腔体、第三腔体；第二腔体位于中间，其与第一软体机架前端通过第一端盖密封连接；第三腔体位于第二腔体外周，其通过防尘通气塞与第一软体机架外部大气连通；第一腔体位于第三腔体外周，其与第一软体机架后端通过第二端盖密封连接；接触式螺旋弹性变刚度元件放置在第一腔体中；多个气压式管状变刚度元件均匀布置在第二腔体中；接触式齿形变刚度模块固定在第一软体机架底部。

技术领域

本发明涉及软体执行器技术领域，具体涉及一种多级变刚度气动软体执行器。

背景技术

近年来，气动软体执行器因其本身具有柔顺性、适应性、与人类交互更加安全等优势，在很多领域得到广泛的应用。特别是在气动软体执行器的位姿控制和结构变刚度两方面，得到了深入研究。

软体执行器的位姿控制一直是软体执行器领域的难题，其通常需要复杂的控制算法并配合精密的软体结构，但往往只能实现单一的位姿控制。从驱动器的角度出发，利用多个模块化的驱动器，通过改变驱动器的驱动顺序，以实现软体执行器多位姿的控制，可能是一个简单有效的解决方案。

软体执行器的变刚度经过多年的研究，已经得到了很好的发展。但现有的变刚度方案，如颗粒阻塞、形状记忆聚合物变刚度方案等都存在一定的缺陷。颗粒阻塞通常会使执行器的体积和重量大幅增加，同时颗粒阻塞的变刚度范围有限，不适于大载荷的软体执行器；常用的形状记忆聚合物变刚度方案同样存在刚度变化范围小、响应速度慢、负载能力差等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有变刚度气动软体执行器刚度变化范围小、响应速度慢、负载能力差等问题，而提出的一种多级变刚度气动软体执行器。该变刚度软体执行器，在保证重量轻、体积小的前提下可以实现多级变刚度，同时采用模块化的气动驱动方式，可以实现多位姿的工作方式。

本发明的目的通过以下技术方案来实现。

一种多级变刚度气动软体执行器，包括第一软体机架、气囊、接触式螺旋弹性变刚度元件、气压式管状变刚度元件、接触式齿形变刚度模块；所述第一软体机架顶部设有多个平行排列的U形槽，多个独立驱动的气囊依次固定在对应的U形槽内；第一软体机架内部设有第一腔体、第二腔体、第三腔体；第二腔体位于中间，其与第一软体机架前端通过第一端盖密封连接；第三腔体位于第二腔体外周，其通过防尘通气塞与第一软体机架外部大气连通；第一腔体位于第三腔体外周，其与第一软体机架后端通过第二端盖密封连接；接触式螺旋弹性变刚度元件放置在第一腔体中；多个气压式管状变刚度元件均匀布置在第二腔体中；接触式齿形变刚度模块固定在第一软体机架底部。

进一步地，所述第一软体机架U形槽之间的分隔板内设有插槽，插槽内固定有硬质挡板。

进一步地，所述接触式齿形变刚度模块由齿形元件、第二软体机架组成，第二软体机架粘接在第一软体机架底部，齿形元件均匀交错固定在第二软体机架内部上下两侧。

进一步地，所述齿形元件上沿圆周方向设有齿状凸缘。

本发明的工作过程和原理：

在具体的实施过程中，可以同时驱动所有的气囊，也可以根据实际需求，驱动相应的气囊，让执行器实现特定的位姿。执行器的变刚度可以由三部分独立实现。接触式螺旋弹性变刚度元件由第一腔体的真空驱动，实现刚度的改变。气压式管状变刚度元件通过内部的压强变化实现刚度的改变。接触式齿形变刚度模块由第二软体机架的真空驱动，实现刚度的改变。以上三部分可以独立改变执行器刚度，也可以协同改变执行器刚度，从而使执行器实现多级的变刚度调节。

本发明的有益效果：