[发明专利]基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人及其驱动方法

权利要求书

1.基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人，其特征在于，包括气动空心轴致动器，所述气动空心轴致动器包括柔性管(1)和自锁膨胀机构(2)；

所述柔性管(1)由内向外依次包括中心管层(11)和变形管层(12)，所述变形管层(12)被配置为在外界气体作用下可向外膨胀与所述中心管层(11)之间形成腔室；所述柔性管(1)上设置有用于向中心管层(11)和变形管层(12)之间的腔室通入气体和排出气体的进气口(13)和出气口(14)；

所述自锁膨胀机构(2)包括两个滑动环(21)、第一弹性件(22)和支撑爪单元(23)；所述两个滑动环(21)套设在所述柔性管(1)上并能够切断所述腔室内的气流，将所述腔室分割为两个独立的分腔室；所述第一弹性件(22)连接在两个所述滑动环(21)之间，所述滑动环(21)能够在外界作用下沿着柔性管(1)轴向来回移动；所述支撑爪单元(23)连接在两个滑动环(21)之间，且围绕滑动环(21)周向设置有多个支撑爪单元(23)；

所述支撑爪单元(23)包括两个爪体(231)和第二弹性件(232)，所述两个爪体(231)分别铰接在所述滑动环(21)上，所述第二弹性件(232)连接在两个爪体(231)之间，随着两个滑动环(21)相互靠近，两个爪体(231)向外打开。

2.如权利要求1所述的基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人，其特征在于，围绕所述滑动环(21)内壁圆周方向设置有多个滚动轮，所述滚动轮能够沿柔性管(1)轴向滚动。

3.如权利要求1所述的基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人，其特征在于，所述第一弹性件(22)为弹簧。

4.如权利要求1所述的基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人，其特征在于，所述第二弹性件(232)为橡胶板。

5.如权利要求1所述的基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人，其特征在于，所述柔性管(1)两端分别设置有端板(15)，所述端板(15)上设置有所述进气口(13)和出气口(14)。

6.如权利要求1所述的基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人，其特征在于，所述自锁膨胀机构(2)还包括外壳，所述外壳套设在滑动环(21)上。

7.基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述的气动空心轴致动器、气流调节器(3)、微控制器(4)；所述气流调节器(4)连接在气源与进气口(13)或出气口(14)之间的气体供应管上，所述微控制器(4)与气流调节器(3)连接，用于将控制信号传输到气流调节器(3)，对所述腔室内的气体压力进行控制。

8.基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人的驱动方法，其特征在于，对权利要求1至7任一项所述的基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人进行驱动，使其在管道内移动；

当基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人的在水平管道内爬行时，具体驱动方法包括：

步骤1，通过对柔性管(1)内分腔室加压，将自锁膨胀机构(2)移动至柔性管(1)的端部；

步骤2，当自锁膨胀机构(2)移动至柔性管(1)的端部时，利用柔性管(1)端部与分腔室压力的夹持作用使自锁膨胀机构(2)的爪体(231)向外打开接触管道内壁，产生保持力；或者对两个分腔室输入相同的气体压力，利用两侧分腔室的压力作用使自锁膨胀机构(2)的爪体(231)向外打开接触管道内壁，产生保持力；

步骤3，对自锁膨胀机构(2)两侧的分腔室施加不同程度的气体压力，使得柔性管(1)向压力较大侧分腔室方向移动；

步骤4，在产生位移后，停止给分腔室供气，分腔室内的气体随着柔性管(1)的收缩自动排出，两侧分腔室处于未加压状态，自锁膨胀机构(2)恢复原始状态；

步骤5，重复步骤1至步骤4，实现所述基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人在管道中的移动；

当基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人的在竖直管道内爬行时，设置有至少两个气动空心轴致动器，其驱动方法包括：

步骤1，对第一个气动空心轴致动器的两侧分腔室输入相同的气体压力，利用两侧分腔室的压力作用使自锁膨胀机构(2)的爪体(231)向外打开接触管道内壁，产生保持力；对第二个气动空心轴致动器的一侧分腔室加压，将自锁膨胀机构(2)移动至柔性管(1)的端部；

步骤2，对第二个气动空心轴致动器的自锁膨胀机构(2)的两侧分腔室输入相同的气体压力，自锁膨胀机构(2)的爪体(231)向外打开接触管道内壁，产生保持力；然后停止对第一个气动空心轴致动器的两个分腔室加压，两个分腔室在步骤(1)中所加的空气，通过柔性管(1)自身的收缩力自动排出，自锁膨胀机构(2)收回；

步骤3，向第一个气动空心轴致动器的一侧分腔室加压，将自锁膨胀机构(2)移动至柔性管(1)的端部；然后对第一个气动空心轴致动器的自锁膨胀机构(2)的两侧分腔室输入相同的气体压力，自锁膨胀机构(2)的爪体(231)向外打开接触管道内壁，产生保持力；

步骤4，对两个气动空心轴致动器的自锁膨胀机构(2)两侧的分腔室施加不同程度的气体压力，使得两个气动空心轴致动器的柔性管(1)向压力较大侧分腔室方向移动；

步骤5，在产生位移后，停止给第二个气动空心轴致动器的分腔室加压，将第一个气动空心轴致动器的两侧分腔室加压至相同的压力程度，两个气动空心轴致动器恢复到步骤1的状态。

步骤6，重复步骤1至步骤5，实现所述基于气动空心轴致动器的微型自锁式机器人在管道中的移动。