[实用新型]融合分布传感和协同致动单元的柔性驱动装置

说明书

本实用新型为融合分布传感和协同致动单元的柔性驱动装置，该驱动装置由外到内依次包括：外层、次外层、中间层、次内层和内层，中间层嵌入有呈阵列布置的若干数量的致动单元和多种功能的传感单元，多种功能传感单元依次交替布置形成传感单元阵列，若干数量的致动单元构成致动单元阵列。当致动单元发生变形时，致动单元两侧受力不均会导致内层发生形变从而带动驱动对象运动。能够贴合包覆于各类驱动对象表面，可全域鲁棒采集驱动对象及装置本身多类传感信息的柔性驱动装置。

技术领域

本实用新型涉及智能机器人领域，尤其涉及一种融合分布传感和协同致动单元的柔性驱动装置。

背景技术

伴随机器人技术不断发展，机器人应用场景愈发广泛。传统电机驱动的刚性关节已难以满足狭小空间、安全作业、肢体康复等多种场景下机器人关节的柔性驱动及人体肢体的助力驱动等，因此，各个领域对柔性驱动装置提出了轻量化、安全化、集成化、柔性化、智能化等更高要求。目前，机器人学者往往在传统的刚性关节中串联柔性驱动或柔性元件实现关节柔性驱动，普遍存在结构复杂、自重过大、柔性欠佳、感知局限、响应迟滞、精度不足等诸多问题，因此，如何基于高耐磨、高弹性、高贴合亲肤性等高性能材料研发轻量化、安全化、集成化、柔性化、智能化等更高性能的柔性驱动装置已成为机器人研究领域热点。

针对柔性驱动装置，国内外学者已开展大量探索性研究，初步研发出多款柔性驱动装置，如专利文献“一种扭转收缩人工肌肉(CN110877331A)”公开一种扭转收缩柔性驱动装置，通过向由螺旋纤维绕组包覆形成的中空弹性腔体内部充入驱动介质控制其径向膨胀和轴向收缩实现驱动负载的扭转和收缩运动，因装置采用气体或液体作为驱动介质，需要另设气源或液压源，致使自重大，响应迟滞，难以实现轻量化、安全化、集成化。专利文献“一种液压驱动柔性人工肌肉(CN109760038A)”公开一种液压驱动柔性装置，通过采用液压方式驱动与柔性筒紧密配合的活塞进而利用与活塞固连的牵引绳带动负载运动，因牵引绳仅能提供拉力且装置未配置传感单元，致使感知局限、控制精度低，难以实现智能化、柔性化。专利文献“碳纳米管纤维纱线热驱动人工肌肉型机器人灵巧手(CN209755204U)”公开一种柔性驱动装置，利用加热器加热包覆于机器人手指的碳纳米管纤维纱线使其发生膨胀从而带动手指运动，由于采用加热器加热的方法难以精确控制碳纳米管纤维纱线膨胀大小且加热缓慢，致使该驱动方式控制精度低、响应迟滞。

综上所述，现有柔性驱动装置虽已初步实现驱动对象的柔性驱动，但仍普遍存在结构复杂、自重过大、柔性欠佳、感知局限、响应迟滞、精度不足等突出问题。因此，亟需研发一种集成多类分布传感单元阵列和精准协同致动单元阵列，能够贴合包覆于各类驱动对象表面，可全域鲁棒采集驱动对象及装置本身多类传感信息的驱动装置。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种集成多类分布传感单元阵列和协同致动单元阵列，能够贴合包覆于各类驱动对象表面，可全域鲁棒采集驱动对象及装置本身多类传感信息的柔性驱动装置。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种融合分布传感和协同致动单元的柔性驱动装置，其特征在于，该驱动装置由外到内依次包括：外层、次外层、中间层、次内层和内层，中间层嵌入有呈阵列布置的若干数量的致动单元和多种功能的传感单元，多种功能传感单元依次交替布置形成传感单元阵列，若干数量的致动单元构成致动单元阵列。

所述内层要比外层柔性好，次外层和次内层选择相同弹性的柔性材料，次外层弹性性能要高于中间层。

所述中间层采用弹性模量E≤2.14MPa的柔性橡胶材料，次外层弹性性能要高于中间层，弹性好也就是延展性好；所述外层高耐磨是指按轮胎标准磨耗指数在80-130之间，拉伸屈服强度应高于10MPa，邵氏硬度为60-70；所述内层采用亲肤柔性材料制成。

多种功能传感单元包括位移传感单元、肌电传感单元和压力传感单元；致动单元能在外部激励强度变化作用下改变致动单元自身的压力及位移变化；