(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111449332.4
(22)申请日 2021.11.30
(71)申请人 哈尔滨工业大学
地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西
大直街92号
(72)发明人 王书琦 樊继壮 潘以涛 刘刚峰
赵杰
(74)专利代理机构 哈尔滨华夏松花江知识产权
代理有限公司 23213
代理人 高志光
(51)Int.Cl.
B25J 17/02(2006.01)
(54)发明名称一种自泵式仿生青蛙转动软体关节(57)摘要一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，包含储气主体、驱动主体、应变限制层、电磁阀和单向泵；储气主体和驱动主体为中空结构，储气主体与驱动主体的外表面之间贴合有与二者相连的具有弯曲弹性的应变限制层；储气主体和驱动主体的位于同一侧的一端部为封闭端，储气主体和驱动主体的位于同一侧的另一端部为通气端，两个通气端通过两个通气管 密封连通，两个通气管之间并联设置有一个单向泵和一个电磁阀，单向泵的通气方向是驱动主体至储气主体，储能主体初始充满气体时，电磁阀关闭，关节呈弯曲状。本发明结构紧凑，提高了机器人的可持续运动时
间。权利要求书1页 说明书3页 附图5页CN 114083567 A 2022.02.25
C N 114083567
A
1.一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：包含储气主体(1)、驱动主体(2)、应变限制层(3)、电磁阀(9)和单向泵(6)；
储气主体(1)和驱动主体(2)为中空结构，
储气主体(1)与驱动主体(2)的外表面之间贴合有与二者相连的具有弯曲弹性的应变限制层(3)；储气主体(1)和驱动主体(2)的位于同一侧的一端部为封闭端，储气主体(1)和驱动主体(2)的位于同一侧的另一端部为通气端，两个通气端通过两个通气管(7)密封连通，两个通气管(7)之间并联设置有一个单向泵(4)和一个电磁阀(3)，单向泵(4)的通气方向是驱动主体(2)至储气主体(1)，储能主体(1)初始充满气体时，电磁阀(3)关闭，关节呈弯曲状。
2.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：储气主体(1)的两端分别用带通气孔的储气堵头(5)和不带通气孔的储气堵头(5)密封连接，通气管(7)安装在通气孔内，通气管(7)与三通连接管(8)密封连通。
3.根据权利要求2所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：驱动主体(2)的两端分别用带通气孔的驱动堵头(11)和不带通气孔的驱动堵头(11)密封连接，通气管
(7)安装在通气孔内，通气管(7)与三通连接管(8)密封连通，两个三通连接管(8)之间安装有单向泵(6)和电磁阀(9)。
4.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：储气主体(1)采用硅橡胶复合材料模塑浇筑成型。
5.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：驱动主体(2)采用硅橡胶复合材料模塑浇筑成型。
6.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：储气主体(1)完全伸展后的形状为横截面为半圆形的空心半圆柱体。
7.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：驱动主体(2)完全伸展后的形状
为空心长方体。
8.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：应变限制层
(3)为板状薄钢片。
9.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：储气主体(1)与驱动主体(2)的外表面分别与应变限制层(3)粘接。
10.根据权利要求1所述一种自泵式仿生青蛙转动软体关节，其特征在于：所述通气管)
7)为光敏树脂，通过3D打印加工而成。
权 利 要 求 书1/1页CN 114083567 A
一种自泵式仿生青蛙转动软体关节
技术领域
[0001]本发明涉及一种气体驱动式软体机器人，具体涉及一种自泵式仿生青蛙转动软体关节。
背景技术
[0002]随着仿生水下机器人技术、材料技术的迅速发展，作为新兴领域的研究热点，水下软体机器人倍受科研人员的关注。与传统的刚体机器人相比，软体机器人对环境的适应性更强且结构简单、质量轻，在环境勘探和医疗领域等有着广阔的应用前景。
[0003]目前，仿青蛙机器人的关节设计以刚体材料为主，存在的少有的软体转动关节还需外界独立气瓶配备稳压阀供气，导致机器人的结构比较复杂，质量较重，大大降低了仿青蛙机器人的运动效率，且机器人的可持续运动时间较短。
发明内容
[0004]本发明是为克服现有技术不足，提供一种自泵式仿生青蛙转动软体关节。本发明无需控制气源，提高了机器人的可持续运动时间。
[0005]一种自泵式仿生青蛙转动软体关节包含储气主体、驱动主体、应变限制层、电磁阀和单向泵；
[0006]储气主体和驱动主体为中空结构，储气主体与驱动主体的外表面之间贴合有与二者相连的具有弯曲弹性的应变限制层；储气主体和驱动主体的位于同一侧的一端部为封闭端，储气主体和驱动主体的位于同一侧的另一端部为通气端，两个通气端通过两个通气管密封连通，两个通气管之间并联设置有一个单向泵和一个电磁阀，单向泵的通气方向是驱动主体至储气主体，储能主体初始充满气体时，电磁阀关闭，关节呈弯曲状。
[0007]本发明相比现有技术的有益效果是：
[0008]一、本发明结合单向泵和电磁阀控制气体流量，依靠应变限制层和弹性基体之间的应变差和气压差实现关节的屈伸运动，在保障运动效率的同时，除去了外部气源和稳压阀，减小了机器人的重量，提高了机器人的可持续运动时间。
[0009]二、本发明在柔软弹性基体中嵌入硬质板状应变限制层，兼具软质材料的柔韧性和刚性材料的承载能力，提高了机器人后肢对外部环境的适应性。
[0010]三、本发明体积小、重量轻、加工方便、成本低。
[0011]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
[0012]图1是本发明的初始状态示意图；
[0013]图2是储气主体、应变限制层和驱动主体连接的初始状态示意图；
[0014]图3是去掉单向泵和电磁阀后的本发明的分解图；
[0015]图4是本发明完全展开后的状态图；
[0016]图5是本发明完全展开后储气主体、应变限制层和驱动主体的分解图。
具体实施方式
[0017]如图1所示，一种自泵式仿生青蛙转动软体关节包含储气主体1、驱动主体2、应变限制层3、电磁阀9和单向泵6；
[0018]储气主体1和驱动主体2为中空结构，储气主体1与驱动主体2的外表面之间贴合有与二者相连的具有弯曲弹性的应变限制层3；储气主体1和驱动主体2的位于同一侧的一端部为封闭端，储气主体1和驱动主体2的位于同一侧的另一端部为通气端，两个通气端通过两个通气管7密封连通，两个通气管7之间并联设置有一个单向泵4和一个电磁阀3，单向泵4的通气方向是驱动主体2至储气主体1，储能主体1初始充满气体时，电磁阀3关闭，关节呈弯曲状。
[0019]结合单向泵6(采用单向气泵)和电磁阀9控制气体流量，依靠应变限制层3和储气主体1及驱动主体2之间的应变差和气压差实现关节的屈伸运动，应变限制层3在限制应变的同时提供恢复弹性力以助于关节伸展，还增加了关节的刚度，兼具软性材料的柔韧性和刚性材料的承载能力，提高了关节的运动效率，提高了机器人后肢对外部环境的适应性。[0020]如图1和图3所示，在一个实施例中，储气主体1的两
端分别用带通气孔的储气堵头5和不带通气孔的储气堵头5密封连接，通气管安装在通气孔内，通气管7与三通连接管8密封连通。
[0021]如图1和图3所示，在另一个实施例中，驱动主体2的两端分别用带通气孔的驱动堵头11和不带通气孔的驱动堵头11密封连接，通气管安装在通气孔内，通气管7与三通连接管8密封连通，结合上述实施例，本实施例中两个三通连接管8之间安装有单向泵6和电磁阀9。[0022]较佳地，储气主体1采用硅橡胶复合材料模塑浇筑成型。驱动主体2采用硅橡胶复合材料模塑浇筑成型。采用硅橡胶复合材料弹性好，有利于储气主体1和驱动主体2形变。应变限制层3为板状薄钢片。在限制应变的同时提供恢复弹性力以助于关节伸展，还增加了关节的刚度，提高了关节的运动效率。通常，应变限制层3采用厚度为0.1mm的长方形薄钢片。[0023]如图4和图5所示，进一步地，储气主体1完全伸展后的形状为横截面为半圆形的空心半圆柱体。驱动主体2完全伸展后的形状为空心长方体。如此设置，充气弯曲变形后呈半圆状，使得关节外形紧凑，减小占用体积。
[0024]较佳地，储气主体1与驱动主体2的外表面分别与应变限制层3粘接。采用粘接方式，连接方便可靠。
[0025]所述通气管7为光敏树脂，通过3D打印加工而成。结构紧凑，制作成型方便。[0026]工作原理：
[0027]在初始状态时，将储气主体1充满气体，然后通过通气管7和三通连接管8密封在单向泵6和电磁阀
9中，在应变限制层3的限制下储气主体1产生弯曲形变，同时也带动应变限制层3产生弯曲形变，开始伸展时将电磁阀9打开，利用储气主体1和应变限制层3的弹性势能、驱动主体2之间的应变差以及两个主体间的气压差实现关节的屈伸运动，恢复运动时，将电磁阀9关闭，打开单向泵6将驱动主体2中的气体抽到储气主体1中以恢复初始状态，如此可反复循环无需外部气源，实现了自泵式工作，简化了整体结构，提高了可持续运动的时间。
[0028]本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。
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