[發明專利]基于幾何變剛度的柔性驅動器及其多重耦合變剛度方法

有效

• 申請號: 202011444578.8
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112589790B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 李汶柏;張文明;郭欣宇;房付熠
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/14
• 分類號: B25J9/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于幾何變剛度的柔性驅動器的多重耦合變剛度方法，其特征在于，所述的柔性驅動器包括：自上而下依次堆疊的膨脹覆膜、中間膜、阻塞層和阻塞密封膜，以及用于連接的密封邊，其中：密封邊一端與膨脹覆膜和中間膜相連，另一端與阻塞密封膜相連形成密閉空間，中間膜兩端與膨脹覆膜相連形成膨脹氣室，阻塞密封膜與中間膜通過密封邊形成負壓阻塞氣室，阻塞層設置于負壓阻塞氣室內；

所述的膨脹覆膜和中間膜連接處設有充氣管，其中：充氣管一端設置于膨脹氣室內，另一端設置于膨脹氣室外，用于連接壓縮空氣源；

所述的密封邊上設有抽氣管，其中：抽氣管一端設置于負壓阻塞氣室內，另一端設置于負壓阻塞氣室外，用于連接真空泵；

所述的多重耦合變剛度方法，包括以下步驟：

步驟1：軟化裝置，將膨脹氣室和負壓阻塞氣室均與大氣相通，使得本裝置進入柔軟狀態；

步驟2：一級硬化裝置，通過抽氣管為負壓阻塞氣室抽氣并控制其負壓，使得本裝置進入一級硬化狀態，即作用力為層間摩擦的阻塞作用；

步驟3：二級硬化裝置，將負壓阻塞氣室與大氣相通后，再通過充氣管給膨脹氣室充入壓力為P₁的空氣，使得本裝置進入二級硬化狀態，即作用力為橫截面彎曲的幾何硬化作用和氣壓硬化作用；

步驟4：三級硬化裝置，通過抽氣管為負壓阻塞氣室抽氣并控制其負壓，使得本裝置進入三級硬化狀態，即作用力為曲率誘導的幾何硬化、充氣膨脹壓力硬化和層間阻塞的多重耦合作用；

步驟5：通過分別控制抽氣和充氣的氣壓控制本裝置不同等級硬化狀態的抗彎剛度和承載力。

2.根據權利要求1所述的多重耦合變剛度方法，其特征是，所述的膨脹覆膜、中間膜和阻塞密封膜長度相等，膨脹覆膜寬度小于中間膜和阻塞密封膜。

3.根據權利要求1所述的多重耦合變剛度方法，其特征是，所述的阻塞層為矩形片狀結構，阻塞層的尺寸小于中間膜和阻塞密封膜。

4.根據權利要求1或2所述的多重耦合變剛度方法，其特征是，所述的膨脹覆膜、中間膜和阻塞密封膜長度為110mm，膨脹覆膜寬度為40mm，中間膜和阻塞密封膜的寬度50mm，分別通過厚度為0.2mm的熱塑性聚氨酯彈性體薄膜TPU、低密度聚乙烯膜LDPE，通過熱封工藝或粘接劑進行沿密封邊密封。

5.根據權利要求1或3所述的多重耦合變剛度方法，其特征是，所述的阻塞層為6片厚度0.16mm的牛皮紙，尺寸為100mm×40mm以便于內置于負壓阻塞氣室內。

6.根據權利要求1所述的多重耦合變剛度方法，其特征是，所述的充氣管和抽氣管材質為直徑2.5mm的PVC管或硅膠管。