本發(fā)明涉及驅(qū)動結(jié)構(gòu)，特別指一種靈活多變的、可應(yīng)用在多種仿生驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的液壓驅(qū)動裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的剛性液壓裝置，一般通過油缸加壓進(jìn)行機(jī)械傳動。此類驅(qū)動裝置多有厚重的金屬外殼，使得重量大，不適合使用在小型機(jī)器人上。

另有一種氣壓工業(yè)機(jī)器人抓手，其使用氣壓結(jié)構(gòu)驅(qū)動裝置實現(xiàn)擺動。

如，授權(quán)公告號為cn104227721b的專利文件公開了一種仿生軟體機(jī)器人的可變剛度模塊，其可變剛度模塊包括彈性基體、通氣管、中心驅(qū)動腔和側(cè)驅(qū)動腔，所述彈性基體的截面呈圓形，所述彈性基體的中部設(shè)有中心驅(qū)動腔，在所述中心驅(qū)動腔外的彈性基體的一圈上等圓弧間隔地設(shè)有至少三個側(cè)驅(qū)動腔，所述中心驅(qū)動腔和側(cè)驅(qū)動腔的兩端均封閉，所述中心驅(qū)動腔、側(cè)驅(qū)動腔均與通氣管連通；在所述中心驅(qū)動腔的內(nèi)壁和外壁安裝中心約束件，在所述側(cè)驅(qū)動腔的內(nèi)壁和外壁安裝側(cè)約束件。本發(fā)明在抓持運動過程中有效實現(xiàn)剛度獨立可變和動態(tài)可控。

然而，由于采用氣壓方式驅(qū)動，其氣壓控制裝置較大，不能應(yīng)用在小型化的仿生魚尾、觸手、人型機(jī)器人指關(guān)節(jié)等部位。并且，其使用的氣壓裝置只有“充氣、放氣”兩個檔位，不能實現(xiàn)多檔位、多角度、多種力道，如真實魚尾、觸手一般靈活自有擺動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種液壓驅(qū)動裝置，其通過液壓系統(tǒng)改變囊腔內(nèi)液體量，并靠外界壓強(qiáng)改變囊腔形狀從而完成搖擺等動作，可有效解決現(xiàn)有驅(qū)動裝置無法應(yīng)用在仿生魚類、軟體海洋動物或機(jī)器人的靈活仿生驅(qū)動，以及類人型機(jī)器人手指抓握力道的控制問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

一種液壓驅(qū)動裝置，包括一個或多個囊狀彎曲結(jié)構(gòu)及液壓驅(qū)動泵，所述囊狀彎曲結(jié)構(gòu)包括一個或多個液囊及與液囊連通的液道，其中所述液囊縱截面與液道連通的囊口端長度大于其封閉端長度，所述液道一端連接液壓驅(qū)動泵，用于充入或抽出液體，另一端密閉。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述液囊縱截面呈鱗片柱狀、梯形狀或半橢圓狀中的一種或其他滿足液囊縱截面囊口端長度大于封閉端長度的形狀。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述囊狀彎曲結(jié)構(gòu)對稱設(shè)置有兩個，其液道底部合二為一形成中間隔。

進(jìn)一步的，所述中間隔一側(cè)的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)內(nèi)通過液壓驅(qū)動泵充入或抽出液體，其另一側(cè)的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)內(nèi)不充入液體。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述液道為一體貫通式或分體聯(lián)通式結(jié)構(gòu)。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述液道或中間隔上開設(shè)有孔，所述孔的面積為該側(cè)囊狀彎曲結(jié)構(gòu)液囊的囊口面積的0％～95％。

進(jìn)一步的，所述孔在液道或中間隔上規(guī)則或非規(guī)則的開設(shè)有多個。

進(jìn)一步的，所述孔內(nèi)安裝有硬質(zhì)骨骼結(jié)構(gòu)，所述硬質(zhì)骨骼結(jié)構(gòu)包括活動關(guān)節(jié)及制動裝置，所述制動裝置用于控制活動關(guān)節(jié)在旋轉(zhuǎn)至所需角度時停止動作，制動裝置為類剎車片結(jié)構(gòu)，或者活動關(guān)節(jié)內(nèi)可設(shè)置角度檢測裝置，與制動裝置配合使用，當(dāng)檢測到活動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)至所需角度時，其傳輸信號至制動裝置使活動關(guān)節(jié)停止動作。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述液壓驅(qū)動泵為沖程可調(diào)曲軸式泵或電磁感應(yīng)式泵或連桿式傳動泵，

當(dāng)采用沖程可調(diào)曲軸式泵時，其通過電機(jī)或手動控制飛輪或曲軸驅(qū)動活塞桿上下往復(fù)動作進(jìn)而控制液壓室內(nèi)液體量，進(jìn)而控制液囊內(nèi)液體的量，使囊狀彎曲結(jié)構(gòu)彎曲；

當(dāng)采用電磁感應(yīng)式泵時，其在液壓室(u形，但不限于此形狀)一側(cè)管內(nèi)設(shè)置活塞桿，在活塞桿外加電感線圈，當(dāng)給電感線圈加壓時，活塞桿在電磁感應(yīng)作用下上下往復(fù)動作實現(xiàn)控制液壓室內(nèi)液體量，進(jìn)而控制液囊內(nèi)液體的量，使囊狀彎曲結(jié)構(gòu)彎曲；

當(dāng)采用連桿式傳動泵時，原理一致，操作可采用簡易手動式。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述囊狀彎曲結(jié)構(gòu)采用硅膠柔性材料制成。

本發(fā)明帶來的有益效果有：

其一，相對于金屬液壓驅(qū)動裝置，本裝置降低了整體結(jié)構(gòu)重量，便于應(yīng)用在小型機(jī)器人上；

其二，相對于氣壓機(jī)械抓手，本裝置體積更小，在便于應(yīng)用在小型機(jī)器人上的同時，應(yīng)用本裝置的產(chǎn)品不僅運動形態(tài)多檔位可調(diào)，結(jié)構(gòu)設(shè)計多樣，還可以根據(jù)需要靈活準(zhǔn)確的仿生多種生物的運動姿態(tài)，在電控形變材料還不成熟的今天，是模擬仿生運動的最佳解決方案。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，

附圖1是本發(fā)明實施例1的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2是本發(fā)明實施例2的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3是本發(fā)明實施例3的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4是本發(fā)明實施例4囊狀彎曲結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5是本發(fā)明實施例4囊狀彎曲結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6是本發(fā)明實施例5結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖7是本發(fā)明實施例6結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖8是本發(fā)明實施例7結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖9-10是本發(fā)明實施例8結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖11-12是本發(fā)明實施例9結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖13是本發(fā)明實施例10結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖14-15是本發(fā)明實施例12結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖16是本發(fā)明實施例13結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

實施例1

參照附圖1，一種單側(cè)液壓驅(qū)動裝置，包括單側(cè)設(shè)置的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1和液壓驅(qū)動泵2，其通過液壓驅(qū)動系統(tǒng)改變囊腔內(nèi)液體量，并靠外界壓強(qiáng)改變囊腔形狀從而完成搖擺等動作。

上述囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1包括液囊11及連通多個液囊11的一體貫通式液道12，其中液囊11截面呈鱗片柱狀，液道12左端為進(jìn)出水端，用于連接液壓驅(qū)動泵2用于充入或抽出液體，另一端密閉。

囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1具體由硅膠柔性材料制成。

實施例2

參照附圖2，一種單側(cè)液壓驅(qū)動裝置，包括單側(cè)設(shè)置的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1和液壓驅(qū)動泵2，其通過液壓驅(qū)動系統(tǒng)改變囊腔內(nèi)液體量，并靠外界壓強(qiáng)改變囊腔形狀從而完成搖擺等動作。

上述囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1包括液囊11及連通多個液囊11的液道12，其中液囊11截面呈梯形狀，液囊11的高度可視具體情況靈活應(yīng)變，液道12左端連接液壓驅(qū)動泵2，另一端密閉，液道12與液壓驅(qū)動泵2之間任意方式緊密連接。

實施例3

參照附圖3，一種單側(cè)液壓驅(qū)動裝置，包括囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1和液壓驅(qū)動泵2。

上述囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1包括液囊11及連通多個液囊11的液道12，其中液囊11截面呈半橢圓狀，液囊11的高度可視具體情況靈活應(yīng)變，液道12左端連接液壓驅(qū)動泵2，另一端密閉，液道12與液壓驅(qū)動泵2之間通過螺紋搭配橡膠密封結(jié)構(gòu)緊密連接。

實施例4

一種雙側(cè)液壓驅(qū)動裝置。

參照附圖4-5，主要包括雙側(cè)對稱設(shè)置的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1和液壓驅(qū)動泵2，囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1的液道12底部合二為一形成中間隔13。中間隔13視具體實施要求可選擇開孔或不開孔。囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1的左端為液壓驅(qū)動泵2安裝端。

實施時，中間隔13上側(cè)的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1內(nèi)通過液壓驅(qū)動泵2充入或抽出液體，其下側(cè)的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1內(nèi)可選擇不充入液體。

當(dāng)通過液壓驅(qū)動泵2在上側(cè)囊內(nèi)充入或抽出液體時，囊口端總長度會對應(yīng)增加或減少，由于中間隔13長度不會變化，而囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1的硅膠柔性材質(zhì)可以彎曲，所以在下側(cè)的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1會對應(yīng)下彎或上彎。

經(jīng)過計算，僅上側(cè)充入或抽出液體對形變彎曲角度的改變?yōu)椋?/p>

當(dāng)充入液體使上側(cè)囊口端總長度增加15％，則能使整個結(jié)構(gòu)向下彎曲30°～40°；

當(dāng)抽出液體使上側(cè)囊口端總長度減少25％，則能使整個結(jié)構(gòu)向上彎曲30°～40°。

實施例5

一種雙側(cè)液壓驅(qū)動裝置。

參照附圖6，主要包括雙側(cè)對稱設(shè)置的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1和液壓驅(qū)動泵2，囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1的液道12底部合二為一形成中間隔13。

本實施例中的液壓驅(qū)動泵2采用沖程可調(diào)曲軸式泵。其上端設(shè)置連接頭與囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1密封連接。工作時，通過微型電動機(jī)控制曲軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動活塞桿上下動作，以控制上方液壓室內(nèi)液體量，并進(jìn)一步控制左側(cè)液囊11內(nèi)的液體的量，使囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1左右彎曲。

實施例6

一種雙側(cè)液壓驅(qū)動裝置。

參照附圖7，主要包括雙側(cè)對稱設(shè)置的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1和液壓驅(qū)動泵2，囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1的液道12底部合二為一形成中間隔13。

本實施例中的液壓驅(qū)動泵2采用電磁感應(yīng)式泵，或稱之為電壓活塞泵。

電磁感應(yīng)式泵設(shè)置有u型液壓室及磁場，液壓室一側(cè)管內(nèi)設(shè)置活塞桿，在活塞桿外加電感線圈，電感線圈連接電源，當(dāng)給電感線圈供電加壓時，活塞桿在電磁感應(yīng)作用下上下移動實現(xiàn)控制液壓室內(nèi)液體量，進(jìn)而控制左側(cè)液囊11內(nèi)液體的量，使囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1彎曲。

本實施例中u型液壓室的形狀還可以設(shè)置其他適宜形狀，u型管可以為方管或圓形管。

實施例7

一種可手動控制的雙側(cè)液壓驅(qū)動裝置。

參照附圖8，主要包括雙側(cè)對稱設(shè)置的囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1和液壓驅(qū)動泵2，囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1的液道12底部合二為一形成中間隔13。

本實施例中的液壓驅(qū)動泵2采用普通連桿式傳動泵。

該實施例可應(yīng)用在手動控制情況中，當(dāng)手動轉(zhuǎn)動右側(cè)的轉(zhuǎn)動盤時，連桿帶動左側(cè)轉(zhuǎn)動盤及活塞桿動作，進(jìn)而帶動活塞桿上下動作，控制上方液壓室內(nèi)液體量，并進(jìn)一步控制左側(cè)液囊11內(nèi)的液體的量，使囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1左右彎曲。

實施例8

一種仿生魚機(jī)器人。

參照附圖9，將實施例5中裝置制成合適的大小，并安裝于仿生魚機(jī)器人的軀干位置，在裝置無進(jìn)出水端安裝仿生魚尾，在連接液壓驅(qū)動泵2一端安裝仿生魚頭。

本實施例中的液壓驅(qū)動泵2采用沖程可調(diào)式泵，如附圖10所示為一種沖程可調(diào)式泵的聯(lián)動結(jié)構(gòu)局部，可以自由控制魚身魚尾整體擺動的幅度，實現(xiàn)魚的運動姿態(tài)。

實施例9

一種類指關(guān)節(jié)仿生結(jié)構(gòu)。

參照附圖11，應(yīng)用單液囊液壓驅(qū)動裝置在本實施例中，液囊11形狀與高度可適當(dāng)調(diào)整以更加逼真，如附圖12所示。

單液囊液壓驅(qū)動裝置的液道12底部開設(shè)有孔14，孔14的面積為液囊11的囊口面積的30％，孔14的個數(shù)與液囊11的個數(shù)對應(yīng)一致，在其他實施例如類五指關(guān)節(jié)仿生結(jié)構(gòu)中，可設(shè)置為五個規(guī)則或非規(guī)則的孔14。

孔14內(nèi)安裝硬質(zhì)骨骼結(jié)構(gòu)15，硬質(zhì)骨骼結(jié)構(gòu)15包括活動關(guān)節(jié)及制動裝置。

制動裝置可以為類剎車片結(jié)構(gòu)，可控制活動關(guān)節(jié)在旋轉(zhuǎn)至所需角度時停止動作；或者活動關(guān)節(jié)內(nèi)可設(shè)置角度檢測裝置，與制動裝置配合使用，當(dāng)檢測到活動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)至所需角度時，其傳輸信號至制動裝置使活動關(guān)節(jié)停止動作。角度檢測裝置為角度檢測傳感器及信號處理控制器，與制動裝置連接，該部分技術(shù)采用現(xiàn)有的角度探測與制動技術(shù)產(chǎn)品。

在本實施例中，由于液囊11內(nèi)設(shè)置有硬質(zhì)骨骼結(jié)構(gòu)15，這使得關(guān)節(jié)位置是否可轉(zhuǎn)動可控。當(dāng)減少液囊11內(nèi)液體總量時，積累的形變會在可動關(guān)節(jié)處顯現(xiàn)。

實施例10

一種類指關(guān)節(jié)仿生結(jié)構(gòu)。

參照附圖13，應(yīng)用實施例5的雙側(cè)液壓驅(qū)動裝置在本實施例中，將其設(shè)計為適當(dāng)?shù)拇笮?，并安裝于軟質(zhì)仿生手指結(jié)構(gòu)內(nèi)。

在本實施例中，雙側(cè)液壓驅(qū)動裝置的中間隔13以硬質(zhì)骨骼結(jié)構(gòu)15替代，此部分結(jié)構(gòu)可參照實施例9。

實施例11

一種仿生魷魚/水母。

應(yīng)用實施例1中的單側(cè)液壓驅(qū)動裝置與電壓活塞泵組合，適當(dāng)調(diào)整液囊11形狀與高度制成多條魷魚機(jī)器人觸須，或水母機(jī)器人傘蓋結(jié)構(gòu)。

可以根據(jù)需要控制魷魚機(jī)器人每條觸須上結(jié)構(gòu)的擺動幅度，調(diào)整運動姿態(tài)；或控制水母機(jī)器人傘蓋結(jié)構(gòu)不同位置驅(qū)動結(jié)構(gòu)的擺動幅度，調(diào)整運動姿態(tài)。

實施例12

一種單側(cè)液壓驅(qū)動裝置。

參照附圖14及15，本實施例中的液壓驅(qū)動裝置包括囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1及液壓驅(qū)動泵2，囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1由不同的零部件組合而成。

具體的，囊狀彎曲結(jié)構(gòu)1包括若干液囊11及液道12。與上述各實施例不同的是，本結(jié)構(gòu)中，液道12為分體聯(lián)通式結(jié)構(gòu)，其由若干獨立的液腔與聯(lián)通各液腔的管道構(gòu)成，液腔的形狀與液囊11形狀相適，液囊11密封安裝于液腔的上方，液腔底部密封，管道的左側(cè)用于連接液壓驅(qū)動泵2，右側(cè)密封。

本實施例可進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)變形，形成雙液壓驅(qū)動裝置，區(qū)別在于，液囊11同時密封安裝于液腔的上、下兩側(cè)。

實施例13

一種可多向轉(zhuǎn)動的液壓驅(qū)動裝置。

參照附圖16，應(yīng)用實施例12中的液壓驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)，制作出一種呈管狀結(jié)構(gòu)的可多向轉(zhuǎn)動的液壓驅(qū)動裝置。

本裝置由8組單側(cè)(雙側(cè)亦可)液壓驅(qū)動裝置組合而成，每組配備單獨控制的液壓驅(qū)動泵2，如電壓活塞泵，靠泵組配合可以實現(xiàn)管狀結(jié)構(gòu)靈活的全方向彎曲動作。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。

同時應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施例加以描述，并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，本說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。