[发明专利]一种刚柔耦合大行程高负载致动器及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合大行程高负载致动器及其驱动方法。该致动器包括系统机架和多个致动器单体。并排设置的各致动器单体均安装在系统机架上。致动器单体包括气动人工肌肉、棘条、阻尼系统、第一单向锁止机构和第二单向锁止机构。气动人工肌肉能够伸缩。第一单向锁止机构和第二单向锁止机构分别安装在气动人工肌肉的两端。气动人工肌肉和棘爪机架均设置有中心通道。棘条与气动人工肌肉和两个棘爪机架的中心通道滑动连接。第一单向锁止机构和第二单向锁止机构结构相同，均包括棘爪机架、限制弹簧、棘爪、棘爪滑块、滑块平台和执行气囊。本发明的可以累积每一次棘条上升的行程，且总行程长度只与棘条的长度相关，因此具有行程长特点。

技术领域

本发明属于致动器领域，涉及一种用于实现较大行程的刚柔耦合人工肌肉致动器，具体涉及一种由气动人工肌肉与棘条集成，能够实现致动器的高负载与行程累积。

背景技术

随着气动人工肌肉的广泛应用，以及相关的柔性执行器的创新与发展。在未来越来越多的利用人工肌肉等柔性执行器应用于实际工程实践中。但目前人工肌肉存在着行程长度与载荷之间的项目限制；由此引起的操作空间不可靠等问题。此外，人工肌肉存在顺应性，即当外部存在扰动力作用时很难去抑制，从而因此会产生控制与精度等一系列问题。因此，设计一种刚柔耦合大行程高负载致动系统，实现解决传统直线致动系统、直线致动器等所面临的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚柔耦合大行程高负载致动器及其驱动方法。

本发明一种刚柔耦合大行程高负载致动器，包括系统机架和多个致动器单体。并排设置的各致动器单体均安装在系统机架上。所述的致动器单体包括气动人工肌肉、棘条、阻尼系统、第一单向锁止机构和第二单向锁止机构。气动人工肌肉能够伸缩。第一单向锁止机构和第二单向锁止机构分别安装在气动人工肌肉的两端。第一单向锁止机构内的棘爪机架与系统机架固定。第二单向锁止机构内的棘爪机架与系统机架滑动连接。气动人工肌肉和棘爪机架均设置有中心通道。棘条与气动人工肌肉和两个棘爪机架的中心通道滑动连接。

第一单向锁止机构和第二单向锁止机构结构相同，均包括棘爪机架、限制弹簧、棘爪、棘爪滑块、滑块平台和执行气囊。滑块平台固定在棘爪机架内。棘爪滑块与滑块平台滑动配合。棘爪滑块与棘爪机架之间设置有限制弹簧。滑块平台的端部设置有限位板。限位板位于棘条与棘爪滑块之间。执行气囊安装在滑块平台上，且位于棘爪滑块与限位板之间。棘爪安装在棘爪滑块上且与棘齿配合。

所述的第一单向锁止机构上安装有阻尼系统。当第一单向锁止机构内的棘爪与棘条分离时，阻尼系统抵住棘条，对滑动棘条产生摩擦阻力。

作为优选，所述的阻尼系统包括U型管、U型弹簧、阻尼杆和阻尼摩擦块。U型管固定在第一单向锁止机构的棘爪机架。U型管两端开口均朝向棘条。阻尼杆设置在滑块平台的侧部，且与滑块平台滑动连接。阻尼杆的内端靠近U型管的其中一个端部。阻尼杆的外端与阻尼摩擦块固定。阻尼摩擦块与棘条侧部的滑键对齐。阻尼摩擦块用于在第一单向锁止机构内的棘爪与棘条分离时对棘条进行摩擦减速。U型弹簧设置在穿过U型管。U型弹簧的一端与阻尼杆的内端固定。U型弹簧的另一端与对应的棘爪滑块固定。

作为优选，所述的致动器单体还包括安全锁机构。所述的安全锁机构安装在第一单向锁止机构的外端。安全锁机构包括安全锁机架、速度齿轮、转向齿轮组和离心锁轮。所述安全锁机架呈筒状，内部支承有相互平行的第一圆柱轴和第二圆柱轴。所述速度齿轮安装在第一圆柱轴上。速度齿轮的轮齿与棘条的棘齿啮合。转向齿轮组包括分别安装在第一圆柱轴、第二圆柱轴上的两个转向齿轮。两个转向齿轮啮合。离心锁轮包括锁爪和椭形盘。椭形盘固定在第二圆柱轴上。一个或多个锁爪的内端均与椭形盘边缘位置转动连接，且外端向外翻转有极限位置。当锁爪向外翻转至极限位置时，锁爪的外端能够勾住棘条上的棘齿。