[發明專利]一種剛柔復合材料構成的可展結構

有效

• 申請號: 202010886885.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112123376B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 宋智斌;付仲儒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

本發明公開了一種剛柔復合材料構成的可展結構，包括多個直徑由左至右依次減小的剛性環，多個所述剛性環間隔平行布置，并通過一體式的直徑由左至右逐漸減小的筒狀柔性層連接；其中，直徑最小的所述剛性環從直徑最大的所述剛性環的右側沿軸向依次穿過其他所述剛性環至直徑最大的所述剛性環的左側，并且，所有所述剛性環由左至右直徑依次增大排列，形成所述可展結構。本發明可展結構在折疊/展開和彎曲方面具有良好的活動能力，并且具有低阻力和良好的密封性，具有一定的徑向剛度，同時所需材料價格低廉，制作簡單；本發明可展結構設計為仿生機器人和其他機器人的皮膚提供了一種新的解決方案。

技術領域

本發明涉及機器人、仿生機器人、醫療機器人以及工業及特種裝配中所涉及到的表面結構需進行折疊、展開以及彎曲等功能場合，特別涉及一種剛柔復合材料構成的可展結構。

背景技術

對于能夠進行回轉運動以及直線運動的裝置，由于構成運動的各個零部件之間存在相對運動，回轉關節或直線運動結構無法被單一剛性外殼封閉，該現象普遍存在于多種機器人中，如多關節仿生機器人，工業機器人關節等。而對于某些對結構封閉有嚴格要求的場合，例如水下各類人造設備，醫用手術機械臂等，一些柔性外殼如柔性薄膜或波紋管能夠實現上述密封效果。但柔性薄膜存在厚度與變形阻力之間的矛盾，即理想柔性外殼應該具有拉伸、收縮或者彎曲等運動條件下的低功耗性能；在特殊場合例如流體環境中，還需要整體皮膚光滑的流線性，以減小粘滯阻力。

因此有必要設計一種新型皮膚，可以滿足上述條件要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種剛柔復合材料構成的可展結構，本發明可展結構在折疊/展開和彎曲方面具有良好的活動能力，并且具有低阻力和良好的密封性，具有一定的徑向剛度，同時所需材料價格低廉，制作簡單。

本發明所采用的技術方案是：一種剛柔復合材料構成的可展結構，包括多個直徑由左至右依次減小的剛性環，多個所述剛性環間隔平行布置，并通過一體式的直徑由左至右逐漸減小的筒狀柔性層連接；

其中，直徑最小的所述剛性環從直徑最大的所述剛性環的右側沿軸向依次穿過其他所述剛性環至直徑最大的所述剛性環的左側，并且，所有所述剛性環由左至右直徑依次增大排列，形成所述可展結構。

進一步地，設每一個所述剛性環的寬度均相等為l₁，且，相鄰兩個所述剛性環之間的所述柔性層的寬度均相等為l₂，則滿足：l₁＜l₂＜2l₁，使得所述可展結構在完全拉伸狀態下，所有所述剛性環由小到大依次排列，并且，相鄰兩個所述剛性環之間具有部分重疊。

進一步地，所述柔性層為單層，則，所述剛性環固定連接在所述柔性層的外表面或內表面。

此時，相鄰兩個所述剛性環之間，設直徑較大的所述剛性環的內半徑為r_o，設直徑較小的所述剛性環的內半徑為r_i，同時，設所述柔性層的厚度為t，則滿足r_o＞r_i+2t，從而使得相鄰兩個所述剛性環之間能發生相對軸向運動，同時，使相鄰兩個所述剛性環的其中一個剛性環能繞另一個剛性環的任意直徑旋轉。

或者，所述柔性層為雙層，包括內柔性層和外柔性層，則，所述剛性環固定連接在所述內柔性層和所述外柔性層之間。

此時，相鄰兩個所述剛性環之間，設直徑較大的所述剛性環的內徑為r_o，設直徑較小的所述剛性環的內徑為r_i，同時，設所述內柔性層的厚度為t_i，所述外柔性層的厚度為t_o，則滿足r_o＞r_i+2t_i+2t_o，從而使得相鄰兩個所述剛性環之間能發生相對軸向運動，同時，使相鄰兩個所述剛性環的其中一個剛性環能繞另一個剛性環的任意直徑旋轉。