一种软体驱动器

1.本发明涉及软体机器人设备技术领域，尤其涉及一种软体驱动器。


背景技术：

2.软体机器人由于其重量轻、安全性高、控制复杂度低，能更好地适应周围环境的形状，从而更好的适应复杂环境和任务。目前，软体驱动器的运动模式主要有三种，分别是弯曲运动，伸缩运动，扭转运动。现有的大多数软体机器人的运动形态都是在设计之初被预先定义的，无法进行在线实时调整。例如，通过设计软体驱动器的内部结构，对软体驱动器的弯曲曲率预先编程，随后加工制作。在制作完成后，软体机器人即可按照预先设计的曲率进行弯曲。但若因操作/工作环境的改变而需要更改软体机器人的既定曲率，则只能重新设计和重新制作。这不仅在很大程度上限制了软体机器人的复杂多工况场景应用，并且增加了额外的时间和经济成本。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为了解决目前软体驱动器运动形式单一及运动形式不能灵活调整的问题，本发明的实施例提供了一种软体驱动器。
4.本发明的实施例提供一种软体驱动器，包括：
5.柔性管体，其内部具有气腔；
6.多个柔性限位套，沿着长度方向连续的套设于所述柔性管体上，所述柔性限位套的外壁设有弧形滑槽，所述滑槽沿着所述柔性限位套周向设置；
7.以及多个滑块，每一所述滑块底部嵌入一所述滑槽内且可沿着所述滑槽滑动，各所述滑块之间通过连接绳依次连接，转动所述柔性限位套或滑动所述滑块可使所有滑块排列成不同的线条，从而使所有滑块在所述柔性管体表面形成不同的应变限制层。
8.进一步地，所述柔性限位套包括柔性套和两挡边，其中两所述挡边分别设置于所述柔性套上部的两边并向外延伸，两所述挡边之间形成所述滑槽，所述柔性套下部由两边至中间宽度递减。
9.进一步地，所述挡边的纵截面为l形，使所述滑槽的两侧形成向外延伸的两限位槽，所述滑块的底部两侧分别嵌入两所述限位槽。
10.进一步地，所述滑块为工字形，包括下滑动块、以及与其连接的上连接块，所述下滑动块嵌入所述滑槽内且可滑动，各所述滑块的上连接块通过所述连接绳依次连接。
11.进一步地，所述下滑动块为t形块，所述下滑动块的下表面为弧形，所述下滑动块嵌入所述滑槽内时所述下滑动块的下表面与所述柔性限位套的外壁贴合。
12.进一步地，所述上连接块上设有穿孔，所述穿孔沿着所述柔性管体长度方向布置，所述连接绳依次穿过各所述上连接块的穿孔，以将各所述滑块依次连接。
13.进一步地，各所述滑块位于所述柔性管体的一母线上，或者位于环绕所述柔性管体周向的一弧线上。
14.进一步地，各所述滑块排列为多条沿着所述柔性管体长度方向延伸的线段，相邻两所述线段在所述柔性管体周向上错开。
15.进一步地，相邻两所述线段在所述柔性管体周向上错开180
°
。
16.进一步地，相邻两所述线段在所述柔性管体周向上错开角度为(0，180
°
)。
17.本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
18.1、本发明的一种软体驱动器，可对滑块的位置进行调整，对柔性管体形成不同的应变限制层，来实现弯曲曲率、弯曲方向、扭转曲率、扭转方向的实时调整，使软体机器人具有多种运动形态，根据应用需求的不同，在线调整软体机器人的运动形态。
19.2、本发明的一种软体驱动器，可在实际工作中对运动形态进行自由切换，适应复杂不确定环境，可以快速转换运动形式来执行不同的任务。
20.3、本发明的一种软体驱动器，滑块排列为多条沿着柔性管体长度方向延伸的线段，通过软体驱动器上滑块的排列位置不同，在柔性管体上形成多个应变限制层，可以构建出c型弯曲、s型弯曲、三维弯曲以及扭转多种复杂的工作形态，大大提高了其应用范围。
附图说明
21.图1是本发明一种软体驱动器(可弯曲)的示意图；
22.图2是柔性管体的示意图；
23.图3是柔性限位套和滑块的连接示意图；
24.图4是柔性限位套和滑块的爆炸图；
25.图5是图1中的软体驱动器弯曲状态的示意图；
26.图6是本发明一种软体驱动器(可扭曲)的示意图；
27.图7是图6中的软体驱动器扭曲状态的示意图；
28.图8是本发明一种软体驱动器(可s形弯曲)的示意图；
29.图9是图8中的软体驱动器s形弯曲状态的示意图；
30.图10是本发明一种软体驱动器(可三维弯曲)的示意图；
31.图11是图10中的软体驱动器三维弯曲状态的示意图。
32.图中：1、柔性管体；2、柔性限位套；3、滑块；4、滑槽；5、连接绳；6、柔性套；7、挡边；8、限位槽；9、下滑动块；10、上连接块；11、穿孔；12、缺口；13、气管。
具体实施方式
33.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实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的较优的一个，旨在提供对本发明的基本了解，但并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
34.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
35.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
37.进一步需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.请参考图1，本发明的实施例提供了一种软体驱动器，应用于软体机器人，用来驱动软体机器人的执行机构执行相应任务。该软体驱动器主要包括柔性管体1、多个柔性限位套2以及多个滑块3。
39.如图2所示，所述柔性管体1为封闭的圆柱管体，所述柔性管体1内部中空设置，形成气腔。所述柔性管体1的一端设有气管13，通过所述气管13可以对所述柔性管体1内部进行充气和放气。在对所述柔性管体1充气时所述柔性管体1膨胀和伸长，在对所述柔性管体1放气时所述柔性管体1收缩和缩短。
40.更具体的，所述柔性管体1包括硅胶管、及与所述硅胶管两端密封连接的两封口盖组成。其中所述硅胶管可由硅胶浇注固化而成，所述封口盖可由树脂3d打印而成。
41.如图3所示，所述柔性限位套2设置为多个，在实际应用时一般根据所述柔性管体1的长度来确定。各个所述柔性限位套2沿着长度方向连续的套设于所述柔性管体1上，相邻两所述柔性限位套2的侧面接触。在所述柔性管体1内未充气时所述柔性限位套2可绕所述柔性管体1转动。
42.所述柔性限位套2外壁设有弧形滑槽4，所述滑槽4沿着所述柔性限位套2周向设置。优选的，所述柔性限位套2上部的外壁设有弧形滑槽4、下部的宽度减小。如图4所示，本实施例中，所述柔性限位套2包括柔性套6和两挡边7，所述柔性限位套2可由软胶3d打印而成。其中两所述挡边7分别设置于所述柔性套6上部的两边并向外延伸，两所述挡边7之间形成所述滑槽4。所述柔性套6下部由两边至中间宽度递减，这里所述柔性套6下部的两边均设有弧形的缺口12，使所述柔性套6在缺口12处的宽度减小。
43.所述滑块3的数量设置为多个，具体与所述柔性限位套2的数量相同。每一所述滑块3底部嵌入一所述滑槽4内且可沿着所述滑槽4滑动。各所述滑块3之间通过连接绳5依次连接。
44.所述滑槽4的形状与所述滑块3的形状相适配，以使所述滑块3由所述滑槽4沿着所述柔性限位套2周向滑动。所述滑块3为工字形，包括下滑动块9、以及与其连接的上连接块10，所述下滑动块9嵌入所述滑槽4内且可滑动。
45.优选的，所述下滑动块9为t形块，所述下滑动块9的下表面为弧形，所述下滑动块9嵌入所述滑槽4内时所述下滑动块9的下表面与所述柔性限位套2的外壁贴合，以保证所述滑块3可稳定的沿着所述柔性限位套2的表面滑动。此外，本实施例中所述挡边7的纵截面为l形，使所述滑槽4的两侧形成向外延伸的两限位槽8，所述滑块3的底部两侧分别嵌入两所述限位槽8，这样所述下滑块3底部被限位，在所述滑动滑动时无法由所述滑槽4脱落。
46.各所述滑块3的上连接块10通过所述连接绳5依次连接。具体的，所述上连接块10上设有穿孔11，所述穿孔11沿着所述柔性管体1长度方向布置，所述连接绳5依次穿过各所述上连接块10的穿孔11，以将各所述滑块3依次连接。
47.需要说明的是，一般可将所述滑块3设置于所述滑槽4的中间位置，多个所述柔性限位套2组装在一起后，相邻两所述柔性限位套2的宽度较小的部分拼接形成镂空结构，即相邻两所述柔性限位套2的缺口12拼接形成一镂空结构。在对所述柔性管体1充气后，所述柔性管体1位于所述镂空结构的部分产生膨胀和伸长。而各所述滑块3通过所述连接绳5连接在一起，在所述柔性管体1的表面形成应变限制层，限制柔性管体1位于滑块3处的膨胀和伸长。
48.由于每一所述滑块3可在所述柔性限位套2上滑动，即可以设置在所述柔性管体1周向任意位置，就可以形成不同的应变限制层，使所述软体驱动器形成不同的运动形态。并且在所述柔性管体1内部充气后会膨胀，此时套设在所述柔性管体1表面的所述柔性限位套2无法直接转动，这样依靠滑动所述滑块3即可调整所述应变限制层形态和位置，与所述柔性管体1上与所述应变限制层相对的位置发生膨胀和伸长，膨胀和伸长位置与所述柔性限位套2的缺口12不一致，因此也可以在所述柔性限位套2上不设置缺口12。
49.具体的，如图1所示，所述软体驱动器中各所述滑块3位于所述柔性管体1的一母线上，形成直线型的应变限制层。这样在对所述柔性管体1充气时，如图5所示，所述柔性管体1位于所述滑块3的一侧被限制膨胀和伸长，而所述柔性管体1另一相对侧发生膨胀和伸长，所述柔性管体1形成c形的弯曲状态。通过调节对所述柔性管体1内充气的气压，即可调整所述软体驱动器的弯曲曲率。
50.类似的，如图6所示，所述软体驱动器中各所述滑块3位于环绕所述柔性管体1周向的一弧线上，各所述柔性限位套2在所述柔性管体1周向上依次错开，每一所述滑块3位于器所在滑槽4的中间位置，这样各所述滑块3在所述柔性管体1周向上依次错开，形成螺旋曲线型的应变限制层。这样在对所述柔性管体1充气时，如图7所示，所述柔性管体1位于各个所述滑块3的位置被限制膨胀和伸长，而所述柔性管体1位于每一所述滑块3相对的镂空结构处发生膨胀和伸长，所述柔性管体1形成扭曲状态。
51.通过改变所述柔性限位套2和所述滑块3的位置可以调整扭转方向；还可以通过改变相邻所述柔性限位套2在周向上的错开角度来调整扭转曲率，错开角度越小，在输入相同气压下，扭转曲率也越小；错开角度越大，扭转曲率也越大。
52.此外，本发明的一种软体驱动器，还可以通过对各所述滑块3的位置进行调整，形成多段应变限制层，从而使所述软体驱动器形成不同的运动状态。具体而言，在所述软体驱动其中将各所述滑块3排列为多条沿着所述柔性管体1长度方向延伸的线段，相邻两所述线段在所述柔性管体1周向上错开，这里由多个连续的所述滑块3组成的一所述线段构成一段应变限制层，多段不同的所述应变限制层对所述柔性管体1的不同位置形成约束，从而使所述软体驱动器具有不同的运动状态。
53.如图8所示，该软体驱动器的所有滑块3排列为两条沿着所述柔性管体1长度方向延伸的线段，相邻两所述线段在所述柔性管体1周向上错开180
°
。在对所述柔性管体1充气后，在两段所述应变限制层的作用下，所述柔性管体1分段弯曲，形成如图9所示的s形的弯曲状态。可以理解的是，在该软体驱动器的所有滑块3排列为三条即以上沿着所述柔性管体1长度方向延伸的线段，相邻两所述线段在所述柔性管体1周向上错开180
°
时，所述软体驱动器可形成连续的波浪形弯曲状态。
54.再如图10所示，该软体驱动器的所有滑块3排列为两条沿着所述柔性管体1长度方
向延伸的线段，相邻两所述线段在所述柔性管体1周向上错开90
°
。在对所述柔性管体1充气后，在两段所述应变限制层的作用下，所述柔性管体1分段弯曲，形成如图11所示的三维弯曲状态。可以理解的是，在该软体驱动器的所有滑块3排列为三条即以上沿着所述柔性管体1长度方向延伸的线段，相邻两所述线段在所述柔性管体1周向上错开90
°
时，所述软体驱动器可形成多次弯折的三维弯曲状态。并且理论上相邻两所述线段在所述柔性管体1周向上错开角度为(0，180
°
)时，所述软体驱动器即可实现三维弯曲状态。
55.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
56.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种软体驱动器，其特征在于，包括：柔性管体，其内部具有气腔；多个柔性限位套，沿着长度方向连续的套设于所述柔性管体上，所述柔性限位套外壁设有弧形滑槽，所述滑槽沿着所述柔性限位套周向设置；以及多个滑块，每一所述滑块底部嵌入一所述滑槽内且可沿着所述滑槽滑动，各所述滑块之间通过连接绳依次连接，转动所述柔性限位套或滑动所述滑块可使所有滑块排列成不同的线条，从而使所有滑块在所述柔性管体表面形成不同的应变限制层。2.如权利要求1所述的一种软体驱动器，其特征在于：所述柔性限位套包括柔性套和两挡边，其中两所述挡边分别设置于所述柔性套上部的两边并向外延伸，两所述挡边之间形成所述滑槽，所述柔性套下部由两边至中间宽度递减。3.如权利要求2所述的一种软体驱动器，其特征在于：所述挡边的纵截面为l形，使所述滑槽的两侧形成向外延伸的两限位槽，所述滑块的底部两侧分别嵌入两所述限位槽。4.如权利要求1所述的一种软体驱动器，其特征在于：所述滑块为工字形，包括下滑动块、以及与其连接的上连接块，所述下滑动块嵌入所述滑槽内且可滑动，各所述滑块的上连接块通过所述连接绳依次连接。5.如权利要求4所述的一种软体驱动器，其特征在于：所述下滑动块为t形块，所述下滑动块的下表面为弧形，所述下滑动块嵌入所述滑槽内时所述下滑动块的下表面与所述柔性限位套的外壁贴合。6.如权利要求4所述的一种软体驱动器，其特征在于：所述上连接块上设有穿孔，所述穿孔沿着所述柔性管体长度方向布置，所述连接绳依次穿过各所述上连接块的穿孔，以将各所述滑块依次连接。7.如权利要求1所述的一种软体驱动器，其特征在于：各所述滑块位于所述柔性管体的一母线上，或者位于环绕所述柔性管体周向的一弧线上。8.如权利要求1所述的一种软体驱动器，其特征在于：各所述滑块排列为多条沿着所述柔性管体长度方向延伸的线段，相邻两所述线段在所述柔性管体周向上错开。9.如权利要求8所述的一种软体驱动器，其特征在于：相邻两所述线段在所述柔性管体周向上错开180
°
。10.如权利要求8所述的一种软体驱动器，其特征在于：相邻两所述线段在所述柔性管体周向上错开角度为(0，180
°
)。

技术总结
本发明提供一种软体驱动器，包括：柔性管体，其内部具有气腔；多个柔性限位套，沿着长度方向连续的套设于柔性管体上，柔性限位套的外壁设有弧形滑槽，滑槽沿着柔性限位套周向设置；以及多个滑块，每一滑块底部嵌入一滑槽内且可沿着滑槽滑动，各滑块之间通过连接绳依次连接，转动柔性限位套或滑动滑块可使所有滑块排列成不同的线条，从而使所有滑块在柔性管体表面形成不同的应变限制层。本发明的有益效果：可对滑块的位置进行调整，对柔性管体形成不同的应变限制层，来实现弯曲曲率、弯曲方向、扭转曲率、扭转方向的实时调整，使软体机器人具有多种运动形态，根据应用需求的不同，在线调整软体机器人的运动形态。调整软体机器人的运动形态。调整软体机器人的运动形态。


技术研发人员：黄杰 盖龄杰 宗小峰
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/4