一种非线性螺旋软体驱动器

1.本发明涉及驱动器技术领域，具体为一种非线性螺旋软体驱动器。


背景技术：

2.柔性是生物体本质而普适的重要属性。绝大部分生物都具有柔软的组织，这些生物依靠自身柔性，能够高效、和谐地与自然界交互。“软体”的机器人也能像生物体一样，主动或被动地改变自身形状、刚度和运动，从而更加安全高效地与环境交互。
3.传统柔性铰链原理的机器人是依靠多个微小刚性单元的连接以及弹簧等刚性元件的使用来达到“柔性”的目的，但控制方式与传统刚性机器人没有本质的区别，故这类机器人虽然在一定程度上解决一些刚性机器人存在的问题，依旧有其局限性，为此，逐渐被新的软体机器人取代，而旋软体驱动器是软体机器人实现基本动作的重要驱动部件。
4.目前软体驱动器还处于科研探索阶段，设计形式各异，多数只能实现基本的弯曲动作，对于既需要实现弯曲同时也需要实现扭转动作的特殊动作要求，目前软体驱动器还无法实现。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述和/或现有的软体驱动器存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明的目的是提供一种非线性螺旋软体驱动器，可以同时实现弯扭动作，并且实现在越靠近驱动器前端，扭转和弯曲的角度越大，利于实际使用。
8.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种非线性螺旋软体驱动器，其包括：圆锥筒，所述圆锥筒内部具有相互垂直且分离的四个锥状腔室以及环绕包围四个所述四个锥状腔室的螺旋锥状腔体；第一封闭盖板，将所述圆锥筒的小直径的端口封闭；第二封闭盖板，将所述圆锥筒的大直径的端口封闭，且所述第二封闭盖板上开设有与四个所述锥状腔室一一对应且连通的四个气孔。
9.作为本发明所述的一种非线性螺旋软体驱动器的一种优选方案，其中，所述圆锥筒的外壁直径和螺距沿着其轴线由所述第二封闭盖板向第一封闭盖板的方向依次减小。
10.作为本发明所述的一种非线性螺旋软体驱动器的一种优选方案，其中，所述圆锥筒由硬质橡胶材料制成。
11.作为本发明所述的一种非线性螺旋软体驱动器的一种优选方案，其中，所述圆锥筒的内部具有直径沿着其轴线由所述第二封闭盖板向第一封闭盖板的方向依次减小的空
间，且该空间由四个依次垂直且呈十字状分布的分隔板分隔开形成四个锥状腔室。
12.作为本发明所述的一种非线性螺旋软体驱动器的一种优选方案，其中，所述锥状腔室包括第一边部、一端与所述第一边部的一端连接且垂直布置的第二边部以及一端部与所述第一边部的另一边部连接，另一端部与所述第二边部的另一端连接且呈圆弧状的第三边部；其中，第三边部的曲率半径沿着其轴线由所述第二封闭盖板向第一封闭盖板的方向依次减小。
13.作为本发明所述的一种非线性螺旋软体驱动器的一种优选方案，其中，所述螺旋锥状腔体为非线性且变螺距结构的腔体，其直径沿着圆锥筒轴线由所述第二封闭盖板向第一封闭盖板的方向依次减小，且该螺旋锥状腔体在靠近第一封闭盖板的位置密度逐渐增大。
14.作为本发明所述的一种非线性螺旋软体驱动器的一种优选方案，其中，所述第一封闭盖板和第二封闭盖板与所述圆锥筒为一体连接结构。
15.作为本发明所述的一种非线性螺旋软体驱动器的一种优选方案，其中，所述圆锥筒由软体材料制成。
16.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：该种非线性螺旋软体驱动器，通过气孔向对应数量和对应位置的锥状腔室内通入气体，可以同时实现软体驱动器的弯曲和扭转动作，并且能实现端部的大角度弯曲和扭转角度的控制，满足医用机器人、外骨骼等特殊对的动作要求。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明一种非线性螺旋软体驱动器的外部结构示意图；图2为本发明一种非线性螺旋软体驱动器的横向的剖面结构示意图；图3为本发明一种非线性螺旋软体驱动器的纵向的剖面结构示意图；图4为本发明一种非线性螺旋软体驱动器的透视线形图。
具体实施方式
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
19.其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
21.本发明提供一种非线性螺旋软体驱动器，可以同时实现弯扭动作，并且实现在越
靠近驱动器前端，扭转和弯曲的角度越大，利于实际使用。
22.图1-图4示出的是本发明一种非线性螺旋软体驱动器一实施方式的结构示意图，请参阅图1-图4，本实施方式的一种非线性螺旋软体驱动器，其主体部分包括圆锥筒100、第一封闭盖板200和第二封闭盖板300。
23.圆锥筒100内部具有相互垂直且分离的四个锥状腔室110以及环绕包围四个四个锥状腔室110的螺旋锥状腔体120；第一封闭盖板200将圆锥筒100的小直径的端口封闭，在本实施方式中，第一封闭盖板200可以单独制备也可以与圆锥筒100一体成型，如果第一封闭盖板200为单独制备，在与圆锥筒100装配时需要作密封处理，避免发生漏气或者漏液等问题。
24.第二封闭盖板300将圆锥筒100的大直径的端口封闭，且第二封闭盖板300上开设有与四个锥状腔室110一一对应且连通的四个气孔310同样，在本实施方式中，第二封闭盖板300可以单独制备也可以与圆锥筒100一体成型，如果第二封闭盖板300为单独制备，在与圆锥筒100装配时同样需要作密封处理，并且本实施方式的气孔310不仅可以向锥状腔室110通入气体也可以通过气孔310向锥状腔室110内通入液体以达到圆锥筒100的弯曲和扭转动作。
25.在本实施方式中，圆锥筒100的外壁直径和螺距沿着其轴线由第二封闭盖板300向第一封闭盖板200的方向依次减小，圆锥筒100由硬质橡胶材料制成，当然也可以由软体材料制成，软体材料不限制于具体材料，通用软体材料就可以完成本驱动器的设计。
26.圆锥筒100的内部具有直径沿着其轴线由第二封闭盖板300向第一封闭盖板200的方向依次减小的空间，且该空间由四个依次垂直且呈十字状分布的分隔板130分隔开形成四个锥状腔室110，通过对不同位置和不同数量的锥状腔室110通入气体，可以实现圆锥筒100不同方向的弯曲动作，更进一步的，在本实施方式中，锥状腔室110包括第一边部110a、一端与第一边部110a的一端连接且垂直布置的第二边部110b以及一端部与第一边部110a的另一边部连接，另一端部与第二边部110b的另一端连接且呈圆弧状的第三边部110c，其中，第三边部110c的曲率半径沿着其轴线由第二封闭盖板300向第一封闭盖板200的方向依次减小。
27.螺旋锥状腔体120为非线性且变螺距结构的腔体，其直径沿着圆锥筒100轴线由第二封闭盖板300向第一封闭盖板200的方向依次减小，且该螺旋锥状腔体120在靠近第一封闭盖板200的位置密度逐渐增大，实现在端部的大角度扭转。
28.结合图1-图4，本实施方式的一种非线性螺旋软体驱动器，同时实现弯曲和扭转的具体操作步骤如下：s1、根据要弯曲的方向，选择一个锥状腔室110持续加压。随着压力持续增加，该锥状腔室110长度缓慢微微拉长，驱动器整体呈现向该锥状腔室110对侧弯曲的状态；s2、弯曲方向可以通过相邻锥状腔室110压力控制进行微调整。
29.s3、根据扭转要求，对螺旋锥状腔体120持续加压，随着气体压力持续增加，驱动器整体扭转程度加大，并且由于非线性的设计，越靠近第一封闭盖板200的方向，扭转程度也越大。
30.虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存
在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，包括：圆锥筒（100），所述圆锥筒（100）内部具有相互垂直且分离的四个锥状腔室（110）以及环绕包围四个所述四个锥状腔室（110）的螺旋锥状腔体（120）；第一封闭盖板（200），将所述圆锥筒（100）的小直径的端口封闭；第二封闭盖板（300），将所述圆锥筒（100）的大直径的端口封闭，且所述第二封闭盖板（300）上开设有与四个所述锥状腔室（110）一一对应且连通的四个气孔（310）。2.根据权利要求1所述的一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，所述圆锥筒（100）的外壁直径和螺距沿着其轴线由所述第二封闭盖板（300）向第一封闭盖板（200）的方向依次减小。3.根据权利要求1所述的一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，所述圆锥筒（100）由硬质橡胶材料制成。4.根据权利要求1所述的一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，所述圆锥筒（100）的内部具有直径沿着其轴线由所述第二封闭盖板（300）向第一封闭盖板（200）的方向依次减小的空间，且该空间由四个依次垂直且呈十字状分布的分隔板（130）分隔开形成四个锥状腔室（110）。5.根据权利要求1所述的一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，所述锥状腔室（110）包括第一边部（110a）、一端与所述第一边部（110a）的一端连接且垂直布置的第二边部（110b）以及一端部与所述第一边部（110a）的另一边部连接，另一端部与所述第二边部（110b）的另一端连接且呈圆弧状的第三边部（110c）；其中，第三边部（110c）的曲率半径沿着其轴线由所述第二封闭盖板（300）向第一封闭盖板（200）的方向依次减小。6.根据权利要求1所述的一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，所述螺旋锥状腔体（120）为非线性且变螺距结构的腔体，其直径沿着圆锥筒（100）轴线由所述第二封闭盖板（300）向第一封闭盖板（200）的方向依次减小，且该螺旋锥状腔体（120）在靠近第一封闭盖板（200）的位置密度逐渐增大。7.根据权利要求1所述的一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，所述第一封闭盖板（200）和第二封闭盖板（300）与所述圆锥筒（100）为一体连接结构。8.根据权利要求1所述的一种非线性螺旋软体驱动器，其特征在于，所述圆锥筒（100）由软体材料制成。

技术总结
本发明公开一种非线性螺旋软体驱动器，包括圆锥筒、第一封闭盖板和第二封闭盖板，圆锥筒所述圆锥筒内部具有相互垂直且分离的四个锥状腔室以及环绕包围四个所述四个锥状腔室的螺旋锥状腔体，第一封闭盖板将所述圆锥筒的小直径的端口封闭，第二封闭盖板将圆锥筒的大直径的端口封闭，且第二封闭盖板上开设有与四个锥状腔室一一对应且连通的四个气孔，圆锥筒的外壁直径沿着其轴线由第二封闭盖板向第一封闭盖板的方向依次减小，该种非线性螺旋软体驱动器，通过气孔向对应数量和对应位置的锥状腔室内通入气体，可以同时实现软体驱动器的弯曲和扭转动作，并且能实现端部的大角度弯曲和扭转角度的控制，满足医用机器人、外骨骼等特殊对的动作要求。殊对的动作要求。殊对的动作要求。


技术研发人员：雷震
受保护的技术使用者：南京工业职业技术大学
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/5/16