[发明专利]基于肌肉横桥结构的柔性驱动器及其制作方法及测试系统

说明书

本发明提出一种基于肌肉横桥结构的柔性驱动器及其制作方法及测试系统，包括一个可折叠结构的骨架作为承载主体，骨架外侧通过柔性密封膜密封包裹，且骨架的左动力板和右动力板向外延伸出柔性密封膜的外侧，负压管的一端伸入柔性密封膜，另一端用于连接负压源为柔性驱动器提供动力；骨架包括左动力板、右动力板、位于左动力板和右动力板上部的顶板、位于左动力板和右动力板下部的底板；左/右动力板和顶/底板之间分别可转动连接至少两条竖直面板，且左/右动力板和顶/底板之间的竖直面板数量及结构参数均相同；底板与顶板的两侧之间可转动连接有两个侧板，位于同一侧的两个侧板之间也可转动连接。该驱动器可以获得良好的力保持性和较大的输出力。

技术领域

本发明涉及机器人驱动设备应用技术领域，具体涉及一种基于肌肉横桥结构的柔性驱动器及其制作方法及测试系统。

背景技术

机器人的关节驱动器往往是刚性驱动器，传统的刚性驱动器存在结构复杂，运动僵硬的问题，在灵活性与适应性方面难以满足要求，因此，柔性驱动器受到了广泛的研究。以柔性功能材料制作的柔性驱动器，在温度、电压、光、压强等条件下，可以通过简单的结构实现复杂与智能的形变，具有很强的灵活性与适应性。

目前主流柔性驱动器可分为电驱动柔性驱动器和流体驱动柔性驱动器。由于采用的柔性功能材料不同，柔性驱动器的特性也大为不同，柔性驱动器虽然具有天然的灵活性与适应性，但是也带来了一些问题，目前，输出力随位移显著衰减、力保持性差是制约当前柔性驱动器应用的主要问题。有必要研究一种驱动器，可以兼顾灵活性与适应性，同时又可以应用在一些负载大、安全要求高的场合。

近年来，软体机器人发展速度较快，人工肌肉柔性驱动器作为软体机器人的重要分支被广泛研究。使柔性驱动器像人体肌肉一样工作一直是研究人员的持续目标。虽然人工肌肉驱动器在柔性、变形幅、变刚度等方面取得了很大的进展，但是在输出力与力保持性方面仍存在不足。人类肌肉在做功速度、输出力等方面具有理想的性能，所以为解决上述柔性驱动器面临的具体问题，结合人体肌肉相关特性与原理，需要研究一种新型的柔性驱动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于肌肉横桥结构的柔性驱动器及其制作方法及测试系统，以解决现有技术中存在的柔性驱动器输出力小、力保持性差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种基于肌肉横桥结构的柔性驱动器，该柔性驱动器具有一个可折叠结构的骨架作为承载主体，所述骨架外侧通过柔性密封膜密封包裹，且所述骨架的左动力板和右动力板向外延伸出所述柔性密封膜的外侧，负压管的一端伸入所述柔性密封膜，另一端用于连接负压源为所述柔性驱动器提供动力；所述骨架包括所述的左动力板、右动力板、位于左动力板和右动力板上部的顶板、位于左动力板和右动力板下部的底板；所述左/右动力板和所述顶/底板之间分别可转动连接至少两条竖直面板，且所述左/右动力板和所述顶/底板之间的竖直面板数量及结构参数均相同；所述底板与顶板的两侧之间可转动连接有两个侧板，位于同一侧的两个侧板之间也可转动连接。

进一步地，每个所述竖直面板的结构参数相同。

进一步地，每个所述侧板的结构参数相同。

本发明还提供一种上述基于肌肉横桥结构的柔性驱动器的制作方法，所述方法为：将用于作为骨架的硬质材料贴片包括左动力板、右动力板、顶板、底板，竖直面板、侧面板粘贴在柔性薄膜上，在相邻的硬质材料贴片之间形成折痕并通过折痕发生相对转动，然后将硬质材料和柔性薄膜的组合体经过裁剪、折叠、粘贴得到可折叠结构的骨架，然后用柔性密封膜密封并装配负压管即可得到所述的柔性驱动器。

本发明还提供另一种上述基于肌肉横桥结构的柔性驱动器的制作方法，所述方法为：分别制作左动力板、右动力板、顶板、底板，竖直面板、侧面板；然后将其安装权利要求1所述连接方式组装起来并采用柔性密封膜密封后装配负压管，所用的左动力板、右动力板、顶板、底板，竖直面板、侧面板采用机加工或者注塑或者铸造或者3D打印的方式制作。