[发明专利]一种气压驱动的可变刚度柔性执行器

说明书

本发明提供一种气压驱动的可变刚度柔性执行器，包括密封的伸长肌和设置在所述伸长肌内且密封的收缩肌；所述伸长肌包括中空的伸长肌基体，所述伸长肌基体的端部连通有与所述伸长肌基体内部连通的气道A；所述收缩肌包括中空的收缩肌基体，所述收缩肌基体的端部连通有与所述伸长肌基体内部连通的气道B；所述气道A和所述气道B分别与供气端连接；所述伸长肌基体和所述收缩肌基体均为柔性材料制成。本发明只要通过给伸长肌或收缩肌充气，该柔性执行器就能在一定范围内任意调整结构长度，且当长度确定时，协同调整伸长肌和收缩肌的通气压力，就能实现在一定范围内任意调整结构刚度。

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体而言是一种刚度可变的执行器，尤其涉及一种气压驱动的可变刚度柔性执行器。

背景技术

与刚性执行器相比，柔性执行器具有灵活性高、环境适应性强及人机交互性好等特点。柔性致动器在实际应用中，不仅要求具备高度的柔性，在特定条件下还需要具备稳定且可控的身形及一定的输出力，因此，可变刚度的柔性致动器具有一定的研究价值。目前，使柔性致动器可变刚度的原理主要有两种：第一种是在材料或结构中增加拮抗作用，如：耦合驱动结构、层干扰结构和阻塞原理；第二种通过材料在固、液形态间产生相变实现变刚度，如磁流体。但是现有技术中的柔性执行器难以实现双向作用和定长度下的变刚度问题。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种气压驱动的可变刚度柔性执行器。本发明基于伸长肌和收缩肌的拮抗机制，设计了一种耦合驱动结构的致动器，耦合结构实现变刚度方式是利用冗余驱动，通过形成结构间的拮抗作用，使其处于一种受力平衡、结构稳定的状态，该执行器能够实现伸长和缩短的复合动作，并通过协同调整推力和拉力实现刚度的控制并保持执行器的长度不变。

本发明采用的技术手段如下：

一种气压驱动的可变刚度柔性执行器，包括密封的伸长肌和设置在所述伸长肌内且密封的收缩肌；

所述伸长肌包括中空的伸长肌基体，所述伸长肌基体的端部连通有与所述伸长肌基体内部连通的气道A；

所述收缩肌包括中空的收缩肌基体，所述收缩肌基体的端部连通有与所述伸长肌基体内部连通的气道B；

所述气道A和所述气道B分别与供气端连接；

所述伸长肌基体和所述收缩肌基体均为柔性材料制成。

进一步地，所述柔性材料为硅胶材料，所述伸长肌基体和所述收缩肌基体均为硅胶材料在3D打印的模具中铸造而成。

进一步地，所述伸长肌还包括包裹在所述伸长肌基体外表面的弹性织物，所述弹性织物具有各向异性，其经向拉伸性大于其纬向拉伸性。

进一步地，所述收缩肌还包括包裹在所述收缩肌基体外表面的机织织物。

进一步地，所述气道A和所述气道B设置在所述伸长肌基体的同一端；所述收缩肌基体连通所述气道B的一端穿出所述伸长肌基体；

所述伸长肌还包括密封所述伸长肌基体远离所述气道A一端的伸长肌密封件，所述伸长肌基体的靠近所述气道A的一端内安装有伸长肌接头，且所述伸长肌接头周向密封所述伸长肌基体与所述收缩肌基体此端之间的间隙，并通过所述伸长肌接头周向限位所述收缩肌基体的端部，所述气道A加工在所述伸长肌接头上；

所述收缩肌还包括密封所述收缩肌基体远离所述气道B一端的收缩肌密封件，所述收缩肌基体的靠近所述气道B的一端内安装有收缩肌接头，且所述收缩肌接头周向密封所述收缩肌基体的此端，所述气道B加工在所述收缩肌接头上；

所述伸长肌基体的两端分别安装有扣压环A和扣压环B，所述扣压环A将所述伸长肌基体的端部、所述伸长肌密封件、所述收缩肌基体的端部和所述收缩肌密封件压紧；所述扣压环B将所述收缩肌基体和所述伸长肌接头卡紧。

进一步地，所述收缩肌密封件呈圆柱塞状，其穿入所述收缩肌基体内；