[發明專利]一種軟體機器人驅動器

有效

• 申請號: 202010119036.7
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111232076B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 張鑫杰;夏康;紀愛敏
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;B33Y80/00;B33Y70/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發明公開了一種軟體機器人驅動器，包括閥體、主通道、上隔板、平衡腔、旁通道、隔膜、控制腔、下隔板和副通道。主通道與副通道通過旁通道連接在一起，主通道與平衡腔通過上隔板分開，平衡腔與控制腔通過隔膜分開，副通道與控制腔通過下隔板分開；隔膜為雙穩態柔性膜，具有兩個穩定位置，常態時下凹，利用隔膜上的下凸柱擠壓下隔板使副通道常閉，主通道常通；隔膜受外力激發時迅速上凸，利用隔膜上的上凸柱擠壓上隔板使主通道封閉，副通道導通。利用隔膜的雙穩態特性，可以使驅動器實現自動充氣和放氣功能，即產生周期性氣壓脈沖效果。本發明提出的軟體機器人驅動器由柔性材料制成，具有柔順性好、靈敏度高等優點。

技術領域

本發明涉及智能仿生器械與軟體機器人領域，具體涉及一種軟體機器人驅動器。

背景技術

傳統剛性機器人在工業、農業、醫療、建筑、教育等各領域已得到廣泛應用，且已部分取代了人類工作，大大提高了操作精準性和工作效率。然而，剛性機器人在與自然環境交互時，由于剛性元件只能平移或旋轉運動，存在馬達驅動慣性大、體型笨重、人機交互危險等問題，因此剛性機器人對環境的適應能力非常有限，難以滿足復雜環境所需的柔順性操作需求，很大程度上限制了剛性機器人的應用范圍。

隨著機器人應用需求和領域的不斷擴大，康復醫療、復雜地形救援與勘探、智能制造等新興領域對機器人的柔性提出了更高的要求。得益于智能材料與仿生技術的飛速發展，一些學者采用柔性材料（如形狀記憶合金、聚合物等），通過模仿生物結構和運動行為開發了一系列軟體機器人，代表性的成果有蠕蟲、毛毛蟲、蝠鲼等仿生機器。與傳統剛性機器人不同，軟體機器人理論上具有無限多個自由度，可以實現任意角度的連續彎曲、扭轉、伸縮等動作，成為近年來新興的一個熱門研究方向。由于軟體機器人材質柔軟、動作柔順、人機交互安全性高，克服了傳統剛性機器人在柔順性方面的本質缺陷，因此在很多新興領域具有巨大的研究價值與廣泛的應用前景。

氣壓驅動是軟體機器人最常用的一種驅動方式。為實現軟體機器人運動，一些學者采用剛性閥對軟體機器人進行驅動控制，如利用工業上廣泛使用的各類方向控制閥，通過氣壓或電信號啟動剛性閥，并調節氣壓回路實現軟體機器人運動控制。然而，即使剛性閥可以與軟體機器人進行集成，其剛性本質也會使軟體機器人的柔順性大大降低。因此，從保障軟體機器人的柔順性角度而言，剛性閥并不是一個好的選擇。為解決上述問題，有些學者基于微流控技術研制了一些軟體閥、軟體邏輯回路與軟體信號處理器等。代表性的研究有哈佛大學的Whitesides課題組研制了一種微流控驅動器芯片，通過將該芯片集成至一個軟體仿生章魚體內，并利用化學物在芯片內反應產生大量壓力氣體驅動章魚，成為世界上第一個無需外界能源控制即可自行運動的軟體機器人。雖然微流控技術在軟體機器人應用方面具有顯而易見的集成度高、體積小等優勢，然而微流控芯片復雜的制造工藝使得微流控軟體驅動器的性能穩定性大大降低，不利于軟體機器人的長時間連續使用。鑒于上述原因，有必要開發一種可實現軟體機器人運動操控的軟體驅動器，且易與軟體機器人實現可靠集成應用。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種軟體機器人驅動器。該驅動器由軟體材料制成，體積小巧、靈敏度高，可以滿足軟體機器人及智能仿生器械的一體化集成應用需求。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種軟體機器人驅動器，由軟體材料組成，包括閥體、主通道、上隔板、平衡腔、旁通道、隔膜、控制腔、下隔板和副通道；

所述主通道設有入口和擴展流道一，平衡腔設有氣孔一，隔膜設有上凸柱和下凸柱，旁通道設有氣孔二，下隔板設有氣孔三，副通道設有氣孔四和擴展流道二；

所述主通道和副通道通過旁通道連通，主通道與平衡腔通過上隔板分開，平衡腔與控制腔通過隔膜分開，副通道與控制腔通過下隔板分開；

所述隔膜為雙穩態柔性膜，具有兩個穩定位置，常態時保持下凹狀態，受力激發時迅速向上彈起，并保持上凸狀態。

優選的，所述上隔板和下隔板均具有良好的彈性，可在外力作用下產生彈性變形。