[发明专利]一种刚柔耦合燃爆驱动器及驱动方法

说明书

一种刚柔耦合燃爆驱动器及驱动方法，属于跳跃机器人的驱动领域，本发明为解决现有软体驱动器存在瞬时加速度较低、能量释放方向可控性差的问题。本发明驱动器包括刚性活塞组件、软体燃爆腔和控制单元，驱动方法包括：S1、抽气：通过电路板控制阀岛将软体燃爆腔中的气体抽干；S2、充气：将经过阀岛配比混合的可燃气体充入软体燃爆腔中；S3、点火：通过电路板控制点火头放电，将充入软体燃爆腔中可燃气体点燃爆炸；S4、气体燃爆使软体燃爆腔膨胀，推动刚性活塞在缸体内做直线运动，由动力输出部线性地输出能量；S5、归位：爆炸结束后，软体燃爆腔内部压力瞬间降低，收缩，将刚性活塞拉回初始位置；重复执行S2～S5，刚性活塞在缸体内往复运动。

技术领域

本发明属于跳跃机器人的驱动领域。

背景技术

软体驱动器技术在软体机器人领域有着广泛的应用范围。相比传统刚性机器人驱动装置，软体驱动器更高的复杂环境适应能力和更高的人机交互安全性。

现有的软体弹跳机器人的驱动器包括化学放能反应驱动的仿青蛙水下软体机器人焦,以及其他人,2020，柔性燃爆压裂装置及钻井管串(张,以及其他人,2019)，以及一种基于磁编程温敏水凝胶的磁驱动跳跃软体机器人(Lin,以及其他人,2020)。这些软体驱动器的主要缺点是瞬时加速度较低、能量释放方向可控性差等。

发明内容

本发明目的是为了解决现有软体驱动器存在瞬时加速度较低、能量释放方向可控性差的问题，提供了一种刚柔耦合燃爆驱动器及驱动方法。

本发明所述一种刚柔耦合燃爆驱动器，包括刚性活塞组件1、软体燃爆腔2和控制单元3，控制单元3将可燃气体输送至软体燃爆腔2中，软体燃爆腔2承受燃爆动力，并通过膨胀将燃爆能量转换为机械能，所述机械能通过推动刚性活塞组件1运动实现线性输出。

优选地，所述刚性活塞组件1包括缸体12、刚性活塞13、后端盖11和动力输出部14，缸体12的后端开口处设置有后端盖11，刚性活塞13设置于缸体12内，刚性活塞13的前端连接动力输出部14，所述动力输出部14在刚性活塞13的带动下往复运动将机械能线性输出。

优选地，刚性活塞13为具有后端开口的开放腔，所述软体燃爆腔2设置于该开放腔中，刚性活塞13和软体燃爆腔2的初始位置位于缸体12的后端盖处，初始位置时软体燃爆腔2紧密贴合于刚性活塞13的开放腔内壁。

优选地，刚性活塞13的外壁与缸体12的内壁之间设有滑动线性滑轨结构，以实现刚性活塞13沿轴向在缸体12内往复直线运动。

优选地，动力输出部14与缸体12前端具有的空间为活塞往复运动行程。

优选地，动力输出部14为刚性连接件，动力输出部14和刚性活塞13采用3D打印光敏树脂制成。

优选地，软体燃爆腔2由硅胶浇注制成。

优选地，控制单元3包括阀34、导气管35和点火头36，多组阀34分别接入多种可燃气体、混合后通过导气管35及点火头36输送至软体燃爆腔2中，所述点火头36安装在后端盖11上并伸入软体燃爆腔2中。

优选地，控制单元3还包括直流电池31、电路板32和阀岛33，阀岛33固定设置在缸体12外部，多组阀34设置于阀岛33上，电路板32用于控制阀岛33的进气、抽气及多种可燃气体的配比，电路板32还用于控制点火头36放电，直流电池31用于提供工作电源。

本发明还提供另一种技术方案：一种刚柔耦合燃爆驱动器的驱动方法，该方法包括以下步骤：

S1、抽气：通过电路板32控制阀岛33将软体燃爆腔2中的气体抽干；

S2、充气：将经过阀岛33配比混合的可燃气体充入软体燃爆腔2中；

S3、点火：通过电路板32控制点火头36放电，将充入软体燃爆腔2中可燃气体点燃爆炸；