具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器

本发明属于气动柔性驱动器，具体涉及一种具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器。

背景技术：

1、随着机器人技术的发展，除了液压驱动、电机驱动等传统方式，以充气型气动人工肌肉为代表的气动驱动器发展迅速。气动软体驱动器由于其结构简单、轻量化、高灵活性、高交互安全性等特点，在医疗、航空航天、可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景。折纸结构是一种利用二维平面纸张折叠成三维立体的方法，具有设计简单、成形迅速、适用范围广等优点。折纸结构具有设计简单、成形迅速、适用范围广等优点，在可展开式结构、结构组装与自成型、可重构超材料和机器人、医疗折展结构等领域有着广阔的应用前景。如果能将折纸结构与充气驱动结合可结合两者的优势，利用简单的结构实现较为复杂的功能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其将一个方向上的直线运动与旋转运动通过简单的结构结合在一起，并且具有较小的收纳体积和操作灵活性，并可以通过顺逆旋转段长度的配比调节旋转能力，在可展开结构方面具有较好的应用前景。

2、为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，包括由上至下依次设置的下基座、折叠机构和上基座；

3、所述折叠机构由至少两个充气模块通过折纸方式折叠而成；

4、所述充气模块包括带状气囊，带状气囊内部设有折纸芯材；下基座与充气模块的底层连接；上基座连接充气模块的顶层，并将输入气流分流给每个充气模块；

5、充气模块在充气时实现伸长和旋转，充气模块在抽气时实现旋转与折叠。

6、在一些实施例中，所述带状气囊为密封的高分子长条带状气囊，带状气囊的底部密封，上部与充气导管连通。

7、在一些实施例中，所述带状气囊采用聚乙烯(pe)材料制作；所述折纸芯材为宽带较气囊略小的韧性条带状结构，材料为聚氯乙烯(pvc)、聚碳酸酯(pc)薄膜、白卡纸或芳纶纸等材料。

8、在一些实施例中，所述下基座包括盖体和下底，下底的上表面设有凹槽，凹槽和充气模块的数量相同，盖体下表面设有与凹槽相配合的凸起，充气模块的底层端部伸入凹槽内，凸起嵌入凹槽内，盖体和下底之间通过螺栓连接，实现对充气模块底层的固定。

9、在一些实施例中，所述凹槽和凸起的表面具有对应的凹凸防滑纹理，对充气模块具有夹持作用。

10、在一些实施例中，所述上基座包括上盖、下板和充气接头；

11、下板的上表面设有凹槽，凹槽和充气模块的数量相同，上盖下表面设有与凹槽相配合的凸起，充气模块的顶层端部伸入凹槽内，凸起嵌入凹槽内，上盖和下板之间通过螺栓连接，实现对充气模块底层的固定；

12、上盖的底部中心开有让带状气囊充气导管通过的开口，上盖的顶部设有凸起，凸起的侧面设有通气孔，充气接头固定于上盖顶部的凸起上，充气接头具有若干个均匀分布的出气口和一个位于顶端的进气口，带状气囊充气导管穿过上盖的底部中心开口后再从凸起的侧面设有通气孔穿出与出气口连接，进气口与外部气源连接。

13、在一些实施例中，所述上盖顶部的凸起设有螺孔，充气接头上设有通孔，螺栓穿过通孔后固定于螺孔，实现上盖和充气接头的固定。

14、在一些实施例中，所述充气导管为柔性硅胶软管，与带状气囊之间使用卡箍固定防止漏气。

15、在一些实施例中，所述充气模块的数量为三个；三个充气模块按照顺时针或者逆时针顺序进行折叠。

16、在一些实施例中，所述下基座、上基座为偶数正多边形，多边形边数的充气模块数量的二倍。

17、与现有技术相比，本发明的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器至少具有下列有益效果：

18、1、本发明提供的驱动器在折叠情况下，具有较小的收纳体积。在充气后，该驱动器会向一个固定方向伸展，在伸展的同时，由于内部折纸结构的互相约束，其两端面会发生相对旋转，且旋转角度与伸展长度具有耦合的特征。该过程在抽气时能逆向进行，驱动器会在旋转的同时收缩到折叠状态。驱动器的旋转方向与折纸结构的折叠顺序有关，将两段折叠方向相反的驱动器结合在一起可以抵消其端面旋转效应，从而也得到单伸缩的气动驱动器；

19、2、本发明能将伸缩与旋转耦合共同驱动的软体连续驱动器，通过参数调整，具有能调节的拉伸旋转耦合机制；

20、3、本发明使用折纸结构作为驱动支撑，提高了变形结构的稳定性，并赋予了该驱动器独特的运动特性；

21、4、本发明质量轻，结构具有高度的紧凑性，在不损失其功能性的前提下，可以将其折叠成较小的体积，实现高效的空间利用率；

22、5、本发明每组充气模块互相独立，且单独充气均能驱动结构产生有效的变形和扭转，结构冗余度高。

23、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，包括由上至下依次设置的下基座、折叠机构和上基座；所述折叠机构由至少两个充气模块通过折纸方式折叠而成；所述充气模块包括带状气囊，带状气囊内部设有折纸芯材；下基座与充气模块的底层连接；上基座连接充气模块的顶层，并将输入气流分流给每个充气模块；充气模块在充气时实现伸长和旋转，充气模块在抽气时实现旋转与折叠。本发明提供的具有折纸结构的拉伸旋转耦合气动驱动器，其将一个方向上的直线运动与旋转运动通过简单的结构结合在一起，并且具有较小的收纳体积和操作灵活性，并可以通过顺逆旋转段长度的配比调节旋转能力，在可展开结构方面具有较好的应用前景。

技术研发人员：宫晓博,钱可炜,谢芳,李钊,聂鹏帅,陈瑞杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17