[发明专利]基于心包状软体补气阀的空气再循环系统及其工作方法

说明书

本发明公开了基于心包状软体补气阀的空气再循环系统及其工作方法。该空气再循环系统包括气源、控制阀、气动柔性驱动器和软体补气阀。软体补气阀包括刚性支架、连接盘和弹性膜囊。连接盘的两侧面与两个刚性支架的内端端面分别固定。连接盘上开设有中心通气孔。两个刚性支架的内腔通过中心通气孔连接。弹性膜囊包覆在连接盘和两个刚性支架上。弹性膜囊的内侧面中部与连接盘密封固定；弹性膜囊内侧面的两端分别超出刚性支架的通气接口；弹性膜囊的两端开口分别作为软体补气阀的进气口、出气口。本发明中的软体补气阀回收压缩空气，使得流向压缩机空气的质量流量增大，系统增压性能增强，压缩机休息时间增加，大大提高了气动系统的整体效率。

技术领域

本发明属于软机器人技术领域，具体涉及一种基于心包状软体补气阀的空气再循环系统。

背景技术

由于软机器人的重量轻和顺应性，软机器人领域在可穿戴设备和人机交互方面处于有利地位，而气动系统是软机器人中应用最广泛的系统类型之一，具有柔顺性、轻量化和高力密度等优势。然而，气动系统的能耗效率较低，压缩空气在使用后会被排出丢弃；并且系统响应缓慢，增压和排气需要相当多的时间，从而限制了控制性能；当压缩空气从系统排出时会产生过大的噪音，也不利于气动系统在人机交互及可穿戴式等方面的应用，这使得在软体机器人中广泛应用气动驱动系统具有极大的挑战性。

为了提高系统效率和控制性能，并且实现压缩气体的再利用，本发明提出了一种采用软体补气阀的空气再循环系统。该系统可将气动执行系统内几乎所有的压缩空气回收再利用，并且提高系统效率。本发明软体补气阀是基于心包结构设计而成，该补气阀采用低弹性的软外壁，以弹性势能的形式被动地储存压缩空气的能量，从而提高了气动系统效率和软体机器人的卸压性能；该系统可以在不影响卸压性能的情况下有效回收压缩空气，节省能耗的同时还大大提高了气动系统的整体效率，并且减少压缩气体排气过程中产生的噪声。本发明的一种基于心包状软体补气阀的空气再循环系统为软体机器人的发展提供了新的技术思路，并且应用广泛，不仅仅局限于软机器人领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于心包状软体补气阀的空气再循环系统及其工作方法。

本发明基于心包状软体补气阀的空气再循环系统，包括气源、控制阀、气动柔性驱动器和软体补气阀。所述气源的出气口通过控制阀连接到气动柔性驱动器的控制气口。气动柔性驱动器的控制气口通过控制阀连接到软体补气阀的进气口。软体补气阀的出气口连接到气源。

所述的软体补气阀包括刚性支架、连接盘和弹性膜囊。连接盘的两侧面与两个刚性支架的内端端面分别固定。连接盘上开设有中心通气孔。两个刚性支架的内腔通过中心通气孔连接。弹性膜囊包覆在连接盘和两个刚性支架上。弹性膜囊的内侧面中部与连接盘密封固定；弹性膜囊内侧面的两端分别超出刚性支架的通气接口；弹性膜囊的两端开口分别作为软体补气阀的进气口、出气口。

作为优选，所述的气源包括空气压缩机、空气罐和单向阀。单向阀的输入口、软体补气阀的出气口和空气压缩机的进气口连接在一起。空气压缩机的出气口连接到空气罐的进气口。空气罐的出气口连接到控制阀的第一通气口；控制阀的第二通气口连接到气动柔性驱动器的控制气口。控制阀的第三通气口通过管道连接到软体补气阀的进气口。

作为优选，所述的控制阀是三位三通换向阀；具有三个工作位，在第一个工作位时，三个通气口均截止；在第二个工作位时，第二通气口与第一通气口连通；在第三个工作位时，第二通气口与第三通气口连通。

作为优选，所述连接盘的一侧侧面的中心位置上开设有安装槽；安装槽的一侧侧壁上连接有逆止片。初始状态下，逆止片盖住中心通气孔。两个刚性支架中，靠近逆止片的刚性支架为输入侧刚性支架；远离逆止片的刚性支架为输出侧刚性支架。输入侧刚性支架的外端的通气接口对应软体补气阀的进气口；输出侧刚性支架的外端的通气接口对应软体补气阀的出气口。

作为优选，所述连接盘的外圆周面上开设有环形凹槽。弹性膜囊的内侧面中部设置有凸环。凸环嵌入环形凹槽内。