[發明專利]仿生力驅動裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201910543312.X
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110385706B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 張建富;馮平法;羅文濤;崔若愚;吳志軍;郁鼎文
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 劉葛

1.一種仿生力驅動裝置，其特征在于，包括：驅動組件和動作組件，所述動作組件包括可轉動連接的固定端桿和自由端桿，所述自由端桿一端可轉動連接于所述固定端桿的端部；所述驅動組件包括彈性單元和驅動單元，所述彈性單元兩端分別固定連接于所述固定端桿和自由端桿，所述彈性單元包括彈性表皮和腱連接端，所述腱連接端連接所述彈性表皮和所述動作組件，所述彈性表皮的內部用于容納柔性顆粒，所述驅動單元包括泵體和平衡庫容；所述泵體控制所述彈性單元內所述柔性顆粒的輸入和輸出，以使所述彈性單元發生形變，所述彈性單元形變時通過其兩端帶動所述固定端桿和所述自由端桿相對轉動，所述平衡庫容能夠存儲所述柔性顆粒；所述彈性單元帶動所述自由端桿轉動的拉力大小為：

，其中，為所述腱連接端與所述自由端桿夾角，a為所述彈性表皮橫截面上下輪廓延長至相交所構成的橢圓的長軸長度，L為所述彈性單元實際長度，表示所述彈性表皮與所述柔性顆粒的平均密度，g為所述彈性單元所處位置的重力加速度，為所述彈性單元產生對所述自由端桿拉力臨界狀態時所述彈性單元體積，為所述泵體增加所述柔性顆粒的體積。

2.根據權利要求1所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述彈性單元包括原動彈性體和拮抗彈性體，其二者位于同一平面內且相對設置于所述動作組件的兩側。

3.根據權利要求2所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述彈性單元還包括協同彈性體，所述協同彈性體與所述原動彈性體設置于所述動作組件的同側。

4.根據權利要求3所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述協同彈性體為兩個以上。

5.根據權利要求2-4中任一項所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述彈性單元還包括固定彈性體，所述固定彈性體能夠限制所述固定端桿和自由端桿的轉動。

6.根據權利要求5所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述原動彈性體、拮抗彈性體、協同彈性體和固定彈性體均包括彈性表皮和腱連接端，所述彈性表皮包圍形成第一腔體，所述第一腔體用于容納所述柔性顆粒；所述腱連接端位于所述第一腔體的兩端，并連接所述彈性表皮和動作組件。

7.根據權利要求6所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述腱連接端的材質包括硅橡膠和滌綸。

8.根據權利要求1-4任一項所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述彈性單元的數量為多個，多個所述彈性單元分別位于不同平面內。

9.根據權利要求1所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述柔性顆粒為硅膠顆粒。

10.根據權利要求1所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述固定端桿和自由端桿通過球鉸可轉動地連接。

11.根據權利要求10所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，還包括固定彈性體，所述固定彈性體兩端分別連接所述球鉸中的球座和球銷。

12.根據權利要求1所述的仿生力驅動裝置，其特征在于，所述固定端桿和/或自由端桿為可伸縮桿。

13.一種基于權利要求1所述的仿生力驅動裝置的控制方法，其特征在于，所述驅動單元向所述彈性單元內輸入柔性顆粒，使得所述彈性單元中間膨脹并引起兩端變形，帶動所述自由端桿轉動。

14.根據權利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述彈性單元包括原動彈性體和拮抗彈性體，所述原動彈性體和拮抗彈性體設置于動作組件的兩側，所述驅動單元向所述原動彈性體內輸入所述柔性顆粒，所述原動彈性體變形帶動所述自由端桿向第一方向轉動；所述驅動單元向所述拮抗彈性體內輸入所述柔性顆粒，所述拮抗彈性體變形帶動所述自由端桿向第二方向轉動；所述第一方向與第二方向相反。

15.根據權利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述彈性單元還包括協同彈性體，所述原動彈性體和協同彈性體設置于動作組件的同側，所述驅動單元同時向所述原動彈性體和協同彈性體內輸入所述柔性顆粒，所述原動彈性體和協同彈性體同時變形，并共同帶動所述自由端桿向第一方向轉動。