[發(fā)明專利]一種柔性線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111424682.5
• 申請(qǐng)日: 2021-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114052921A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白坤;黃榕;曾勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B34/30
• 分類號(hào): A61B34/30;A61H1/02;H02K1/34
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;廖盈春

本發(fā)明提供了一種柔性線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于軟體機(jī)器人領(lǐng)域，包括柔性磁芯和柔性套筒；柔性磁芯位于柔性套筒內(nèi)；柔性磁芯為基于硬磁軟材料的陣列充磁磁芯，用于在通電的電磁線圈作用下，在柔性套筒中做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)；柔性套筒為在柔性基底中放置獨(dú)立電磁線圈后凝固成型形成，用于通過(guò)對(duì)電磁線圈中電流大小和時(shí)序的控制，驅(qū)動(dòng)柔性磁芯運(yùn)動(dòng)；且用于在受到外力作用時(shí)，產(chǎn)生適應(yīng)性變形。本發(fā)明相比傳統(tǒng)的磁控軟體機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)范圍不受材料本身的變形能力的限制，同時(shí)不需要外部磁場(chǎng)控制，實(shí)現(xiàn)一體化驅(qū)動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軟體機(jī)器人領(lǐng)域，更具體地，涉及一種柔性線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在康復(fù)穿戴設(shè)備及手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域需要和人進(jìn)行交互，涉及到多自由度驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)多自由度驅(qū)動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且難以實(shí)現(xiàn)微型化，在交互過(guò)程中易對(duì)人體造成損傷，而柔性驅(qū)動(dòng)由于其材料本身特有的多自由度屬性使其具有更高的仿生性能，對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境具有更高的適應(yīng)能力。

現(xiàn)有的磁軟體驅(qū)動(dòng)由于磁場(chǎng)精準(zhǔn)易控的特性現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于各種新型驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，但現(xiàn)有磁軟體驅(qū)動(dòng)器多外加磁場(chǎng)控制，運(yùn)動(dòng)范圍有限，且控制方式單一，難以實(shí)現(xiàn)較大的線性位移，在人工肌肉等新型研究領(lǐng)域應(yīng)用有限，對(duì)于可一體化驅(qū)動(dòng)的新型柔性磁驅(qū)提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種柔性線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的磁軟件驅(qū)動(dòng)器多外加磁場(chǎng)控制，運(yùn)動(dòng)范圍有限，且控制方式單一，難以實(shí)現(xiàn)較大的線性位移的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種柔性線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括柔性磁芯和柔性套筒；

柔性磁芯位于柔性套筒內(nèi)；

柔性磁芯為基于硬磁軟材料的陣列充磁磁芯，用于在通電的電磁線圈作用下，在柔性套筒中做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

柔性套筒為在柔性基底中放置獨(dú)立電磁線圈后凝固成型形成，用于通過(guò)對(duì)電磁線圈中電流大小和時(shí)序的控制，驅(qū)動(dòng)柔性磁芯運(yùn)動(dòng)；且用于在受到外力作用時(shí)，產(chǎn)生適應(yīng)性變形。

優(yōu)選地，柔性磁芯的制備過(guò)程為：

在柔性材料中混合硬磁顆粒均勻攪拌后在第一模具中凝固成型，脫模后制成磁芯柸料；

對(duì)磁芯柸料進(jìn)行陣列充磁制成柔性磁芯。

優(yōu)選地，柔性材料為PDMS或Ecoflex；

優(yōu)選地，柔性磁芯為通過(guò)充磁形成的磁化方向交替改變的柔性磁陣列；

優(yōu)選地，電磁線圈在柔性基底中均勻分布。

優(yōu)選地，所述柔性套筒的制備過(guò)程為：

采用第二模具固定單層柔性內(nèi)筒的形貌，經(jīng)過(guò)凝固成型后形成單層柔性內(nèi)筒；

在單層柔性內(nèi)筒外固定電磁線圈的位置后，在第二模具內(nèi)加入柔性基底，在柔性基底凝固成型之后脫模取出，完成柔性套筒的制備。

優(yōu)選地，柔性磁芯為根據(jù)需求設(shè)置的任意長(zhǎng)度。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

本發(fā)明中柔性磁芯是基于硬磁軟材料的陣列充磁磁芯，柔性套筒為柔性基底中放置獨(dú)立電磁線圈，工作時(shí)，通過(guò)對(duì)電磁線圈中電流大小和時(shí)序控制，驅(qū)動(dòng)柔性磁芯做線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于柔性材料本身具有可變形優(yōu)勢(shì)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可適應(yīng)末端復(fù)雜不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明由于采用了相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式提供運(yùn)動(dòng)行程，相比傳統(tǒng)的磁控軟體機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)范圍不受材料本身的變形能力的限制，同時(shí)不需要外部磁場(chǎng)控制，實(shí)現(xiàn)一體化驅(qū)動(dòng)。

本發(fā)明中柔性材料以PDMS或Ecoflex為基底，由于柔性基底的拉伸和彎曲變形，可以使得柔性線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)適應(yīng)外力產(chǎn)生變形。