一种液压驱动装置的制作方法

本发明涉及驱动结构，特别指一种灵活多变的、可应用在多种仿生驱动结构中的液压驱动装置。

背景技术：

传统的刚性液压装置，一般通过油缸加压进行机械传动。此类驱动装置多有厚重的金属外壳，使得重量大，不适合使用在小型机器人上。

另有一种气压工业机器人抓手，其使用气压结构驱动装置实现摆动。

如，授权公告号为cn104227721b的专利文件公开了一种仿生软体机器人的可变刚度模块，其可变刚度模块包括弹性基体、通气管、中心驱动腔和侧驱动腔，所述弹性基体的截面呈圆形，所述弹性基体的中部设有中心驱动腔，在所述中心驱动腔外的弹性基体的一圈上等圆弧间隔地设有至少三个侧驱动腔，所述中心驱动腔和侧驱动腔的两端均封闭，所述中心驱动腔、侧驱动腔均与通气管连通；在所述中心驱动腔的内壁和外壁安装中心约束件，在所述侧驱动腔的内壁和外壁安装侧约束件。本发明在抓持运动过程中有效实现刚度独立可变和动态可控。

然而，由于采用气压方式驱动，其气压控制装置较大，不能应用在小型化的仿生鱼尾、触手、人型机器人指关节等部位。并且，其使用的气压装置只有“充气、放气”两个档位，不能实现多档位、多角度、多种力道，如真实鱼尾、触手一般灵活自有摆动。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种液压驱动装置，其通过液压系统改变囊腔内液体量，并靠外界压强改变囊腔形状从而完成摇摆等动作，可有效解决现有驱动装置无法应用在仿生鱼类、软体海洋动物或机器人的灵活仿生驱动，以及类人型机器人手指抓握力道的控制问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种液压驱动装置，包括一个或多个囊状弯曲结构及液压驱动泵，所述囊状弯曲结构包括一个或多个液囊及与液囊连通的液道，其中所述液囊纵截面与液道连通的囊口端长度大于其封闭端长度，所述液道一端连接液压驱动泵，用于充入或抽出液体，另一端密闭。

作为上述技术方案的改进，所述液囊纵截面呈鳞片柱状、梯形状或半椭圆状中的一种或其他满足液囊纵截面囊口端长度大于封闭端长度的形状。

作为上述技术方案的改进，所述囊状弯曲结构对称设置有两个，其液道底部合二为一形成中间隔。

进一步的，所述中间隔一侧的囊状弯曲结构内通过液压驱动泵充入或抽出液体，其另一侧的囊状弯曲结构内不充入液体。

作为上述技术方案的改进，所述液道为一体贯通式或分体联通式结构。

作为上述技术方案的改进，所述液道或中间隔上开设有孔，所述孔的面积为该侧囊状弯曲结构液囊的囊口面积的0％～95％。

进一步的，所述孔在液道或中间隔上规则或非规则的开设有多个。

进一步的，所述孔内安装有硬质骨骼结构，所述硬质骨骼结构包括活动关节及制动装置，所述制动装置用于控制活动关节在旋转至所需角度时停止动作，制动装置为类刹车片结构，或者活动关节内可设置角度检测装置，与制动装置配合使用，当检测到活动关节旋转至所需角度时，其传输信号至制动装置使活动关节停止动作。

作为上述技术方案的改进，所述液压驱动泵为冲程可调曲轴式泵或电磁感应式泵或连杆式传动泵，

当采用冲程可调曲轴式泵时，其通过电机或手动控制飞轮或曲轴驱动活塞杆上下往复动作进而控制液压室内液体量，进而控制液囊内液体的量，使囊状弯曲结构弯曲；

当采用电磁感应式泵时，其在液压室(u形，但不限于此形状)一侧管内设置活塞杆，在活塞杆外加电感线圈，当给电感线圈加压时，活塞杆在电磁感应作用下上下往复动作实现控制液压室内液体量，进而控制液囊内液体的量，使囊状弯曲结构弯曲；

当采用连杆式传动泵时，原理一致，操作可采用简易手动式。

作为上述技术方案的改进，所述囊状弯曲结构采用硅胶柔性材料制成。

本发明带来的有益效果有：

其一，相对于金属液压驱动装置，本装置降低了整体结构重量，便于应用在小型机器人上；

其二，相对于气压机械抓手，本装置体积更小，在便于应用在小型机器人上的同时，应用本装置的产品不仅运动形态多档位可调，结构设计多样，还可以根据需要灵活准确的仿生多种生物的运动姿态，在电控形变材料还不成熟的今天，是模拟仿生运动的最佳解决方案。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

附图1是本发明实施例1的囊状弯曲结构结构示意图；

附图2是本发明实施例2的囊状弯曲结构结构示意图；

附图3是本发明实施例3的囊状弯曲结构结构示意图；

附图4是本发明实施例4囊状弯曲结构立体结构示意图；

附图5是本发明实施例4囊状弯曲结构剖面结构示意图；

附图6是本发明实施例5结构示意图；

附图7是本发明实施例6结构示意图；

附图8是本发明实施例7结构示意图；

附图9-10是本发明实施例8结构示意图；

附图11-12是本发明实施例9结构示意图；

附图13是本发明实施例10结构示意图；

附图14-15是本发明实施例12结构示意图；

附图16是本发明实施例13结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参照附图1，一种单侧液压驱动装置，包括单侧设置的囊状弯曲结构1和液压驱动泵2，其通过液压驱动系统改变囊腔内液体量，并靠外界压强改变囊腔形状从而完成摇摆等动作。

上述囊状弯曲结构1包括液囊11及连通多个液囊11的一体贯通式液道12，其中液囊11截面呈鳞片柱状，液道12左端为进出水端，用于连接液压驱动泵2用于充入或抽出液体，另一端密闭。

囊状弯曲结构1具体由硅胶柔性材料制成。

实施例2

参照附图2，一种单侧液压驱动装置，包括单侧设置的囊状弯曲结构1和液压驱动泵2，其通过液压驱动系统改变囊腔内液体量，并靠外界压强改变囊腔形状从而完成摇摆等动作。

上述囊状弯曲结构1包括液囊11及连通多个液囊11的液道12，其中液囊11截面呈梯形状，液囊11的高度可视具体情况灵活应变，液道12左端连接液压驱动泵2，另一端密闭，液道12与液压驱动泵2之间任意方式紧密连接。

实施例3

参照附图3，一种单侧液压驱动装置，包括囊状弯曲结构1和液压驱动泵2。

上述囊状弯曲结构1包括液囊11及连通多个液囊11的液道12，其中液囊11截面呈半椭圆状，液囊11的高度可视具体情况灵活应变，液道12左端连接液压驱动泵2，另一端密闭，液道12与液压驱动泵2之间通过螺纹搭配橡胶密封结构紧密连接。

实施例4

一种双侧液压驱动装置。

参照附图4-5，主要包括双侧对称设置的囊状弯曲结构1和液压驱动泵2，囊状弯曲结构1的液道12底部合二为一形成中间隔13。中间隔13视具体实施要求可选择开孔或不开孔。囊状弯曲结构1的左端为液压驱动泵2安装端。

实施时，中间隔13上侧的囊状弯曲结构1内通过液压驱动泵2充入或抽出液体，其下侧的囊状弯曲结构1内可选择不充入液体。

当通过液压驱动泵2在上侧囊内充入或抽出液体时，囊口端总长度会对应增加或减少，由于中间隔13长度不会变化，而囊状弯曲结构1的硅胶柔性材质可以弯曲，所以在下侧的囊状弯曲结构1会对应下弯或上弯。

经过计算，仅上侧充入或抽出液体对形变弯曲角度的改变为：

当充入液体使上侧囊口端总长度增加15％，则能使整个结构向下弯曲30°～40°；

当抽出液体使上侧囊口端总长度减少25％，则能使整个结构向上弯曲30°～40°。

实施例5

一种双侧液压驱动装置。

参照附图6，主要包括双侧对称设置的囊状弯曲结构1和液压驱动泵2，囊状弯曲结构1的液道12底部合二为一形成中间隔13。

本实施例中的液压驱动泵2采用冲程可调曲轴式泵。其上端设置连接头与囊状弯曲结构1密封连接。工作时，通过微型电动机控制曲轴转动，进而驱动活塞杆上下动作，以控制上方液压室内液体量，并进一步控制左侧液囊11内的液体的量，使囊状弯曲结构1左右弯曲。

实施例6

一种双侧液压驱动装置。

参照附图7，主要包括双侧对称设置的囊状弯曲结构1和液压驱动泵2，囊状弯曲结构1的液道12底部合二为一形成中间隔13。

本实施例中的液压驱动泵2采用电磁感应式泵，或称之为电压活塞泵。

电磁感应式泵设置有u型液压室及磁场，液压室一侧管内设置活塞杆，在活塞杆外加电感线圈，电感线圈连接电源，当给电感线圈供电加压时，活塞杆在电磁感应作用下上下移动实现控制液压室内液体量，进而控制左侧液囊11内液体的量，使囊状弯曲结构1弯曲。

本实施例中u型液压室的形状还可以设置其他适宜形状，u型管可以为方管或圆形管。

实施例7

一种可手动控制的双侧液压驱动装置。

参照附图8，主要包括双侧对称设置的囊状弯曲结构1和液压驱动泵2，囊状弯曲结构1的液道12底部合二为一形成中间隔13。

本实施例中的液压驱动泵2采用普通连杆式传动泵。

该实施例可应用在手动控制情况中，当手动转动右侧的转动盘时，连杆带动左侧转动盘及活塞杆动作，进而带动活塞杆上下动作，控制上方液压室内液体量，并进一步控制左侧液囊11内的液体的量，使囊状弯曲结构1左右弯曲。

实施例8

一种仿生鱼机器人。

参照附图9，将实施例5中装置制成合适的大小，并安装于仿生鱼机器人的躯干位置，在装置无进出水端安装仿生鱼尾，在连接液压驱动泵2一端安装仿生鱼头。

本实施例中的液压驱动泵2采用冲程可调式泵，如附图10所示为一种冲程可调式泵的联动结构局部，可以自由控制鱼身鱼尾整体摆动的幅度，实现鱼的运动姿态。

实施例9

一种类指关节仿生结构。

参照附图11，应用单液囊液压驱动装置在本实施例中，液囊11形状与高度可适当调整以更加逼真，如附图12所示。

单液囊液压驱动装置的液道12底部开设有孔14，孔14的面积为液囊11的囊口面积的30％，孔14的个数与液囊11的个数对应一致，在其他实施例如类五指关节仿生结构中，可设置为五个规则或非规则的孔14。

孔14内安装硬质骨骼结构15，硬质骨骼结构15包括活动关节及制动装置。

制动装置可以为类刹车片结构，可控制活动关节在旋转至所需角度时停止动作；或者活动关节内可设置角度检测装置，与制动装置配合使用，当检测到活动关节旋转至所需角度时，其传输信号至制动装置使活动关节停止动作。角度检测装置为角度检测传感器及信号处理控制器，与制动装置连接，该部分技术采用现有的角度探测与制动技术产品。

在本实施例中，由于液囊11内设置有硬质骨骼结构15，这使得关节位置是否可转动可控。当减少液囊11内液体总量时，积累的形变会在可动关节处显现。

实施例10

一种类指关节仿生结构。

参照附图13，应用实施例5的双侧液压驱动装置在本实施例中，将其设计为适当的大小，并安装于软质仿生手指结构内。

在本实施例中，双侧液压驱动装置的中间隔13以硬质骨骼结构15替代，此部分结构可参照实施例9。

实施例11

一种仿生鱿鱼/水母。

应用实施例1中的单侧液压驱动装置与电压活塞泵组合，适当调整液囊11形状与高度制成多条鱿鱼机器人触须，或水母机器人伞盖结构。

可以根据需要控制鱿鱼机器人每条触须上结构的摆动幅度，调整运动姿态；或控制水母机器人伞盖结构不同位置驱动结构的摆动幅度，调整运动姿态。

实施例12

一种单侧液压驱动装置。

参照附图14及15，本实施例中的液压驱动装置包括囊状弯曲结构1及液压驱动泵2，囊状弯曲结构1由不同的零部件组合而成。

具体的，囊状弯曲结构1包括若干液囊11及液道12。与上述各实施例不同的是，本结构中，液道12为分体联通式结构，其由若干独立的液腔与联通各液腔的管道构成，液腔的形状与液囊11形状相适，液囊11密封安装于液腔的上方，液腔底部密封，管道的左侧用于连接液压驱动泵2，右侧密封。

本实施例可进行适当的结构变形，形成双液压驱动装置，区别在于，液囊11同时密封安装于液腔的上、下两侧。

实施例13

一种可多向转动的液压驱动装置。

参照附图16，应用实施例12中的液压驱动装置结构，制作出一种呈管状结构的可多向转动的液压驱动装置。

本装置由8组单侧(双侧亦可)液压驱动装置组合而成，每组配备单独控制的液压驱动泵2，如电压活塞泵，靠泵组配合可以实现管状结构灵活的全方向弯曲动作。

以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

同时应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，本说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。