一种软体致动器

技术领域

本发明涉及柔性机器人模块技术领域，特别是涉及一种软体致动器。

背景技术

在现代工业化社会中，传统刚性机械无处不在，市场占有率很高。传统刚性机械的技术累积完善，提供刚性机械的厂商多，可做到低成本的快速部署。可是刚性机械也有它的局限性，由于马达的驱动惯性导致灵活性很低，与柔性易损易坏物体接触时容易造成破损。研究人员开始寻求刚性材料和马达电机之外的机械解决方案，研究方向很快向仿生学靠拢，模型设计大多来自于自然界的软体生物，软体机器人技术应运而生。和传统的刚性构造不同，这类机器人通常使用硅胶、聚合物等软体材料，动力来自压缩空气、磁场或温度变化，输入软性的肢体进行相应驱动。

软体致动器作为软体机器人的组成单元，直接影响软体机器人的整体性能。现有的软体致动器普遍存在负重能力小，易偏离轴线产生侧弯、扭曲等问题，软体致动器应用于康复手套时，驱动手指伸直的能力不足。另外，现有的波纹管式软体驱动器的波纹管元件，易出现不必要的侧向弯曲、整体向不确定方向扭曲等问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种软体致动器，用于解决现有技术中的软体致动器负重能力小、易偏离轴线产生侧弯或扭曲以及软体致动器应用于康复手套时驱动手指伸直的能力不足的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种软体致动器，包括：

致动器主体，包括沿所述软体致动器的轴向方向交替设置的凸起单元和连接单元；

至少一列筋板，包括沿所述软体致动器的轴向方向间隔设置的若干筋板单元，每个所述筋板单元位于相邻的两个所述凸起单元之间，且每个所述筋板单元的两端分别与相邻的两个所述凸起单元连接。

在一可选实施例中，所述凸起单元为波峰结构，所述连接单元为波谷结构。

在一可选实施例中，所述一列筋板设置于所述致动器主体的轴向对称面上。

在一可选实施例中，所述软体致动器包括多列筋板，其中一列所述筋板设置于所述致动器主体的轴向对称面上，而剩余的其他列所述筋板对称设置于所述致动器主体的轴向对称面的两侧。

在一可选实施例中，所述软体致动器包括多列筋板，多列所述筋板对称设置于所述致动器主体的轴向对称面的两侧。

在一可选实施例中，所述致动器主体具有波纹管状结构，所述软体致动器包括至少一对筋板，所述一对筋板分别对称设置于通过所述软体致动器的中心线的某一平面的两侧。

在一可选实施例中，对称设置于通过所述软体致动器的中心线的某一平面的两侧的所述一对筋板位于同一平面上。

在一可选实施例中，所述筋板单元为弹性软体筋板单元或者塑料筋板单元。

在一可选实施例中，所述致动器主体与所述筋板为一体成型或单独加工后重新组合成型在一起。

在一可选实施例中，所述筋板单元的底部与对应的所述连接单元的顶面接触或者不接触。

本发明的软体致动器，通过在致动器主体的凸起单元之间设置筋板单元，可有效提高软体致动器负压驱动时的抗拉性以及正压驱动时的抗压性，提升软体致动器承载能力，提升软体致动器承载时的刚度。

本发明的软体致动器，通过筋板对软体致动器主体结构提供柔性支撑力，大大提高了抓取稳定性，承受外部载荷的能力强，适用于各种空间场合的物体抓取。

本发明的软体致动器的筋板可将软体致动器的每个波峰结构连接起来，避免软体致动器在正压驱动时发生扭曲。

本发明的软体致动器在制造时可与原有波峰波谷结构的软体致动器一体成型，便于制造。

本发明的软体致动器采用弹性材料制作，柔韧性好，使用寿命长。

本发明的软体致动器用于改善康复手套的软体手指时，可提高软体手指的过拉伸负载能力，促进中风患者的手部康复。

本发明的软体致动器在制造时可在原有波纹管结构的软体致动器的基础上添加筋板，可以改善波纹管结构软体致动器向不期望方向弯曲或扭曲的缺点。

本发明的软体致动器的筋板设计思路可与多种形状的原有软体致动器结合，适用范围广，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本申请实施例提供的第一种软体致动器整体示意图。

图2为图1中圆圈所示区域的局部放大图。

图3为本申请实施例提供的第一种软体致动器轴向剖视图。

图4为沿图3中A-A方向的径向剖视图。

图5为本申请实施例提供的第二种软体致动器整体示意图。

图6为本申请实施例提供的第二种软体致动器轴向剖视图。

图7为沿图6中B-B方向的径向剖视图。

图8为本申请实施例提供的第三种软体致动器整体示意图。

图9为本申请实施例提供的第三种软体致动器轴向剖视图。

图10为沿图9中C-C方向的径向剖视图。

图11为本申请实施例提供的第四种软体致动器整体示意图。

图12为本申请实施例提供的第四种软体致动器轴向剖视图。

图13为沿图12中D-D方向的径向剖视图。

图14为本申请实施例提供的第五种软体致动器整体示意图。

图15为本申请实施例提供的第五软体致动器轴向剖视图。

图16为沿图15中E-E方向的径向剖视图。

元件标号说明

1 凸起单元

2 连接单元

3 筋板单元

4 接口

5 驱动内腔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

为了解决现有技术中的软体致动器负重能力小、易偏离轴线产生侧弯或扭曲以及软体致动器应用于康复手套时驱动手指伸直的能力不足的问题。本发明的实施例介绍一种软体致动器，该软体致动器的致动器主体是由沿其轴向方向交替设置的凸起单元和连接单元构成，通过在软体致动器的凸起单元之间设置筋板结构，来改善软体致动器的性能。下面将结合具体地实施例来说明本发明的技术方案。

实施例一

图1-4分别示出了本实施例的软体致动器的整体示意图、局部放大图、轴向剖视图和径向剖视图。请参阅图1-4，所述软体致动器包括致动器主体和接口4。所述致动器主体包括沿所述软体致动器的轴向方向交替设置的波峰结构(作为凸起单元1)和波谷结构(作为连接单元2)连接单元2；所述致动器主体的一端设置有所述接口4，另一端密封，所述致动器主体的内部设置有沿其轴向分布的驱动内腔5，所述接口4与所述驱动内腔5连通，外部设备可通过所述接口4向所述驱动内腔5中注入流体(可以但不限于为气体、水、液压油等)来驱动所述软体致动器弯曲，所述接口4例如可以为圆柱管、椭圆管、方形管等管状结构。

请参阅图1-4，为了解决软体致动器的负重能力小、易偏离轴线产生侧弯或扭曲以及软体致动器应用于康复手套时驱动手指伸直的能力不足的问题，可在所述软体致动器的致动器主体上设置一列筋板，该列筋板包括沿所述软体致动器的轴向方向间隔设置的若干筋板单元3，每个所述筋板单元3位于相邻的两个所述波峰结构之间，且每个所述筋板单元3的两端分别与相邻的两个所述波峰结构连接，该列筋板例如可设置于所述致动器主体的轴向对称面上。这种筋板设计，可有效提高软体致动器抗弯截面系数，也即提高负压驱动时的抗拉性以及正压驱动时的抗压性，提升软体致动器承载能力，提升软体致动器承载时的刚度。这种筋板设计，筋板结构的支撑作用使得相邻波峰的间距不会因为外界力的干扰产生较大幅度的变化，软体致动器整体形状也更加稳定，通过筋板对软体致动器主体结构提供柔性支撑力，大大提高了抓取稳定性，承受外部载荷的能力强，适用于各种空间场合的物体抓取。这种筋板设计，可将软体致动器的每个波峰结构连接起来，避免软体致动器在正压驱动时发生扭曲，这是由于筋板的支撑和牵拉作用，软体致动器在筋板及筋板附近的刚度较大，致动器不易发生沿轴线缠绕的扭曲现象。这种筋板设计结构简单，对致动器本体的结构影响小。

请参阅图1-4，在本实施例中，所述筋板的每个筋板单元3的底部与对应的所述波谷结构的顶面接触。可以理解的是，在一些实施例中，所述筋板的每个筋板单元3的底部与对应的所述波谷结构的顶面也可以不接触，详见下文对于图5-10中的相关描述。

请参阅图1-4，在本实施例中，所述软体致动器只设置一列筋板，但可以理解的是，在其他实施例中，所述软体致动器也可以类似于图8-10中一样设置多列筋板，详见下文对于图8-10的相关描述。

在本实施例中，所述筋板例如可以是具有伸缩性的软体筋板，所述筋板的材质例如可以选用弹性软体材料或塑料，所述致动器主体的材质例如可以选用同样的弹性软体材料或塑料，从而所述筋板和致动器主体可以一体成型或者单独制作后重新组合成型在一起。可以理解的是，在其他实施例中，所述致动器主体的材质也可选用与筋板不同的材质，从而两者可单独制作后单独加工后重新组合成型在一起。

请参阅图1-4，在本实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3排列高度(顶部高度)是相同的。可以理解的是，在其他实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3的排列高度可以是不相同的，例如可以由致动器主体的靠近接口4的一端向远离接口4的一端逐步降低，从而呈一定拔模角排列，以便于脱模。

请参阅图1-4，在本实施例中，各筋板单元3的顶部例如可以是水平的(当然也可以是弧形的)，所述筋板单元3的顶部高度不高于(低于或等于)相邻的两个波峰结构的顶面高度。

实施例二

图5-7分别示出了本实施例的软体致动器的整体示意图、轴向剖视图和径向剖视图。请参阅图5-7，所述软体致动器同样包括致动器主体和接口4，与实施例一不同的是，除了软体致动器的致动器主体的(作为凸起单元1)和波谷结构(作为连接单元2)的形状(外部轮廓形状和内部腔体形状)存在差异外，主要的区别点在于，筋板中各筋板单元3的底端与波谷结构的顶部是不连接。

请参阅图5-7，在本实施例中，该筋板例如可设置于所述致动器主体的轴向对称面上，筋板中各筋板单元3的底端与波谷结构的顶部是不连接的，而是预留有间隙，并且个筋板单元3的顶端不高于(低于或等于)相邻的两个波峰结构的顶面高度。可以理解的是，在一些实施例中，所述筋板的每个筋板单元3的底部与对应的所述波谷结构的顶面也可以是接触的。

请参阅图5-7，在本实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3排列高度(顶部高度)是相同的。可以理解的是，在其他实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3的排列高度可以是不相同的，例如可以由致动器主体的靠近接口4的一端向远离接口4的一端逐步降低，从而呈一定拔模角排列，以便于脱模。

实施例三

图8-10分别示出了本实施例的软体致动器的整体示意图、轴向剖视图和径向剖视图。请参阅图8-10，所述软体致动器同样包括致动器主体和接口4，与实施例二不同的是，除了软体致动器的致动器主体的(作为凸起单元1)和波谷结构(作为连接单元2)的形状(外部轮廓形状和内部腔体形状)存在差异外，主要的区别点在于，筋板列数不相同。

请参阅图8-10，在本实施例中，所述软体致动器包括三条筋板，每条筋板包括沿所述软体致动器的轴向方向间隔设置的若干筋板单元3，每个所述筋板单元3位于相邻的两个所述波峰结构之间，且每个所述筋板单元3的两端分别与相邻的两个所述波峰结构连接。在三列筋板中，一列筋板例如可设置于所述致动器主体的轴向对称面上，另外两列筋板对称设置于所述致动器主体的轴向对称面的两侧，从而相邻的两个波峰结构之间连接有三个筋板单元3，分属不同列筋板，相邻的两个波峰结构之间连接有三个筋板单元3沿着波谷结构的轴向间隔排布。可以理解的是，在其他实施例中，所述软体致动器中筋板条数可以根据需要进行设置，例如也可以是两条、四条、五条、六条等，当筋板条数为偶数时保证各筋板对称设置于所述致动器主体的轴向对称面的两侧，当筋板条数为大于1的奇数时，一列所述筋板设置于所述致动器主体的轴向对称面上，而剩余的其他列所述筋板对称设置于所述致动器主体的轴向对称面的两侧。

请参阅图8-10，在本实施例中，各列筋板中各筋板单元3的底端与波谷结构的顶部是不连接的，而是预留有间隙，并且各筋板单元3的顶端不高于(低于或等于)相邻的两个波峰结构的顶面高度。可以理解的是，在一些实施例中，各筋板的每个筋板单元3的底部与对应的所述波谷结构的顶面也可以是接触的。

请参阅图8-10，在本实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3排列高度(顶部高度)是相同的。可以理解的是，在其他实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3的排列高度也可以是不相同的，例如可以由致动器主体的靠近接口4的一端向远离接口4的一端逐步降低，从而呈一定拔模角排列，以便于脱模。

实施例四

图11-13分别示出了本实施例的软体致动器的整体示意图、轴向剖视图和径向剖视图。请参阅图11-13，所述软体致动器包括致动器主体和接口4。所述致动器主体具有波纹管状结构，沿所述软体致动器的轴向方向交替设置的凸起单元1和连接单元2，凸起单元1的外径大于连接单元2的外径；所述致动器主体的一端设置有所述接口4，另一端密封，所述致动器主体的内部设置有沿其轴向分布的驱动内腔5，所述接口4与所述驱动内腔5连通，外部设备可通过所述接口4向所述驱动内腔5中注入流体(可以但不限于为气体、水、液压油等)来驱动所述软体致动器弯曲。

请参阅图11-13，为了解决软体致动器的负重能力小、易偏离轴线产生侧弯或扭曲以及软体致动器应用于康复手套时驱动手指伸直的能力不足的问题，可在波纹管状结构的致动器主体上设置至少一对筋板(两列筋板)，每列筋板包括沿所述软体致动器的轴向方向间隔设置的若干筋板单元3，每个所述筋板单元3位于相邻的两个所述凸起单元1之间，且每个所述凸起单元1的两端分别与相邻的两个所述凸起单元1连接。两列所述筋板分别对称设置于通过所述软体致动器的中心线的某一平面的两侧，并且对称设置于通过所述软体致动器的中心线的某一平面的两侧的两列所述筋板位于同一平面上。这种筋板设计，可以改善波纹管结构的软体致动器向不期望方向弯曲或扭曲的缺点，这是因为筋板的支撑和牵拉作用，软体致动器在筋板及筋板附近的刚度较大，在主弯曲刚度接近不变的情况下，侧弯刚度增大，从而使软体致动器沿着期望的方向弯曲，并且不易出现侧弯、扭曲现象。

请参阅图11-13，在本实施例中，所述软体致动器只设置一对筋板，但可以理解的是，在其他实施例中，所述软体致动器也可以多对筋板，每对筋板的两列所述筋板分别对称设置于通过所述软体致动器的中心线的某一平面的两侧。

请参阅图11-13，在本实施例中，所述筋板的每个筋板单元3的底部与对应的所述连接单元2的顶面不接触。可以理解的是，在一些实施例中，所述筋板的每个筋板单元3的底部与对应的所述连接单元2的顶面也可以是接触的，详见下文对于图14-16中的相关描述。当包括多对筋板时，一部分筋板对的各筋板单元3是与对应的所述连接单元2的顶面接触，而剩余的其他筋板对是与对应的所述连接单元2的顶面不接触。

在本实施例中，所述筋板例如可以是具有伸缩性的软体筋板，所述筋板的材质例如可以选用弹性软体材料或塑料。所述致动器主体的材质例如可以选用同样的弹性软体材料或塑料，从而所述筋板和致动器主体可以一体成型或者单独制作后重新组合成型在一起。可以理解的是，在其他实施例中，所述致动器主体的材质也可选用与筋板不同的材质，从而两者可单独加工后重新组合成型在一起。

请参阅图11-13，在本实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3排列高度(顶部高度)是相同的。可以理解的是，在其他实施例中，在同一列筋板中，各筋板单元3的排列高度可以是不相同的，例如可以由致动器主体的靠近接口4的一端向远离接口4的一端逐步降低，从而呈一定拔模角排列，以便于脱模。

请参阅图11-13，在本实施例中，各筋板单元3的顶部例如可以是水平的(当然也可以是弧形的)，所述筋板单元3的顶部高度不高于(低于或等于)相邻的两个凸起单元1的顶面高度。

需要说明的是，在其他实施例中，设置于波纹管状结构的致动器主体上筋板也可以是不对称设置，通过不对称的设置差异性来调整软体致动器的弯曲方向，筋板的条数可以是奇数或者偶数。

实施例五

图14-16分别示出了本实施例的软体致动器的整体示意图、轴向剖视图和径向剖视图。请参阅图14-16，所述软体致动器包括致动器主体和接口4，所述致动器主体同样具有波纹管状结构，包括沿所述软体致动器的轴向方向交替设置的凸起单元1和连接单元2。与实施例四相比，除了筋板中各筋板单元3的底端与连接单元2的顶部是连接在一起，其他结构基本相同，故不再重复介绍。

请参阅图14-16，在本实施例中，所述筋板的每个筋板单元3的底部与对应的所述连接单元2的顶面接触，只有每个筋板单元3的顶部显露出来。

需要说明的是，本发明的软体致动器的筋板设计思路可与多种形状的原有软体致动器结合，并不限于实施例一至五中的软体致动器。

综上所述，本发明的软体致动器，通过在致动器主体的凸起单元之间设置筋板单元，可有效提高软体致动器负压驱动时的抗拉性以及正压驱动时的抗压性，提升软体致动器承载能力，提升软体致动器承载时的刚度。本发明的软体致动器，通过筋板对软体致动器主体结构提供柔性支撑力，大大提高了抓取稳定性，承受外部载荷的能力强，适用于各种空间场合的物体抓取。本发明的软体致动器的筋板可将软体致动器的每个波峰结构连接起来，避免软体致动器在正压驱动时发生扭曲。本发明的软体致动器在制造时可与原有波峰波谷结构的软体致动器一体成型，便于制造。本发明的软体致动器在制造时可在原有波纹管结构的软体致动器的基础上添加筋板，可以改善波纹管结构软体致动器向不期望方向弯曲或扭曲的缺点。本发明的软体致动器采用弹性材料制作，柔韧性好，使用寿命长。本发明的软体致动器用于改善康复手套的软体手指时，可提高软体手指的过拉伸负载能力，促进中风患者的手部康复。本发明的软体致动器的筋板设计思路可与多种形状的原有软体致动器结合，适用范围广，具有广阔的市场前景。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。

在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个”、和“该”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中”的意思包括“在…中”和“在…上”。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。