[发明专利]基于折纸结构的旋转型气动驱动器

说明书

本发明提供了一种基于折纸结构的旋转型气动驱动器，包括多节气囊；所述气囊具有容纳腔；多节气囊的一边边线共线对齐相连，形成旋转轴；基于折纸结构的旋转型气动驱动器具有展开状态与收缩状态；展开状态与收缩状态之间的切换依靠外界气流压力变化实现；所述基于折纸结构的旋转型气动驱动器能够承受正压气流与负压气流；当外界通入正压气体时，气动驱动器呈展开状态，当外界通入负压时，气动驱动器呈收缩状态。气囊包括折纸结构与密封层结构；折纸结构由纸片结构折叠、剪裁、粘接而成。本发明在折纸结构的支撑下，结构强度高，不但能够承受正压气流，还能够承受负压气流，在负压驱动时，能够承受更大的周向收缩力，即具有较大的反向旋转能力。

技术领域

本发明涉及气动柔性结构领域，具体地，涉及一种基于折纸结构的旋转型气动驱动器。

背景技术

气动柔性驱动器凭借内在柔顺性、安全性高以及功重比高等优点，成为柔性机器人领域的一个研究重点，并在越来越多的领域中得到应用。其中，便携式运动辅助以及医疗康复对气动柔性驱动器提出了更高的要求，气动驱动器需要能够产生与人体关节屈曲和伸展运动相对应的双向旋转运动，从而提供双向运动辅助，并满足辅助设备小型化轻量化的设计要求。

对于气动驱动器的双向运动，目前采用较多的是两个气腔体以拮抗构型来实现。典型的如专利CN108340400A和CN103895030A，为了实现气动人工肌肉驱动下的双向旋转运动，采用两根气动人工肌肉形成拮抗对拉构型，并借助额外的旋转机构，分别独立正压驱动以实现双向旋转运动；专利CN110497395A和CN109129456A将两个独立气腔进行了合并集成，构造一体化的气动驱动器，但仍需分别正压驱动，以拮抗对推的方式实现双向运动。双气腔拮抗构型的设计需要搭配两套气动元器件，如调压阀、开关阀和气压传感器，增加了系统重量和设备体积，同时额外增加的运动转换机构也增加了系统重量，不利于辅助设备的轻量化和小型化。

对于辅助设备小型化轻量化的需求，单腔体的气动柔性驱动器是一种采用较多的解决方案。典型的如专利CN109108958A，属于可折叠式气动驱动器，采用TPU材料制成，正压作动后，周向扩展呈扇形，从而产生旋转驱动运动；但是，由于采用的是纯柔性的TPU材料，变形中储存的应变能较少，自身回复力较小，且在负压作动时，由于径向强度低，压差作用下主要产生径向收缩，而期望的周向收缩较小，使得其反向的旋转运动能力不足。所以现有单腔体的设计双向运动能力仍存在不足。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于折纸结构的旋转型气动驱动器。

根据本发明提供的一种基于折纸结构的旋转型气动驱动器，包括多节气囊；

所述气囊具有容纳腔；

所述多节气囊的一边边线共线对齐相连，形成旋转轴；所述气囊包括第一侧面与第二侧面；相邻气囊的第一侧面与第二侧面相互连接，多节气囊层叠布置；

所述气囊的第一侧面与第二侧面上均设置有气孔，相互连接的第一侧面与第二侧面上所设置的气孔相互匹配；

定义顶层的气囊第一侧面上的气孔与底层的气囊第二侧面上的气孔均为进出气孔；其他气孔为通气孔；所述进出气孔用于所述基于折纸结构的旋转型气动驱动器与外界的气流互通；所述通气孔用于不同气囊之间的气流连通；

所述基于折纸结构的旋转型气动驱动器具有展开状态与收缩状态；展开状态与收缩状态之间的切换依靠外界气流压力变化实现；

所述基于折纸结构的旋转型气动驱动器能够承受正压气流与负压气流；

当外界通入正压气体时，气动驱动器呈展开状态，当外界通入负压时，气动驱动器呈收缩状态。

优选的，所述气囊包括折纸结构与密封层结构；

所述折纸结构为设置有气孔的四周封闭结构，内部具有容纳空间；