一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器

本发明属于软体机器人领域，具体涉及一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器。

背景技术：

1、软体执行器是驱动软体机器人的关键，是软体机器人必不可少的一部分。目前已经为软体机器人设计制造了多种类型的软体执行器，包括电活性聚合物、电缆、形状记忆合金和流体(液压或气动)执行器。气动软体执行器因其安全、重量轻、能够提供连续、自然的运动而被广泛使用。软体执行器由于其材料柔软性和结构顺应性，往往需要释放低刚度材料变形所储存的弹性势能才能缓慢恢复，因此，软体执行器通常表现出较小的受力、较大的变形和较慢的响应时间。折纸因其大收缩比和独特的双稳态特性，可以有效缩短响应时间，提高有效载荷。

2、随着软体执机器人应用领域的不断拓展，对拥有本体感知能力的软体执行器的需求日益强烈。但是，在软体机器人中添加传感器困难且昂贵，而且由于传感器的引入，软体机器人软体的运动性能会受到影响，软体机器人的制造过程也会变得复杂，这些都限制了传感器在软体机器人的应用。中国专利cn113916412a公开了一种自感知柔性执行器及其制备方法，柔性执行器由嵌入导电纳米颗粒的多孔材料制备得到，通过测量多孔材料变形时的电阻变化，实现柔性执行器对外界作用力的自感知，但是多孔材料通过特定模具制备得到，适用范围有限，且后续制备工艺复杂。因此，需要设计一种软体执行器，以达到简化制造步骤，并使其能应用于不同的场景的目的。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，来使传感器具备易制造且普遍适用的特性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种本体感知扭转折纸结构的软体执行，包括呈上下分布的顶部结构和底部结构，顶部结构和底部结构之间设置有侧面结构，并形成密封腔；侧面结构的每个侧面上预设有折痕，顶部结构连接有气体导管，气体导管与密封腔连通，且与气泵连接，通过控制密封腔的压力大小，使软体执行器沿着折痕发生扭转；

4、所述侧面结构上设置有扭转传感器，扭转传感器由导电弹性体制备得到，导电弹性体由热塑性聚氨酯与具有压阻效应的碳黑的复合材料制作而成；扭转传感器的顶端和底端各延伸出一根导线连接至电阻计。

5、进一步地，所述侧面结构的一侧面上开设有凹槽，扭转传感器安装在凹槽内。

6、进一步地，所述扭转传感器呈弓字型。

7、进一步地，所述扭转传感器通过熔融沉积建模3d打印技术制备得到。

8、进一步地，所述侧面结构的每一面设有折痕，折痕由等距的山折痕和谷折痕组成，山、谷折痕的结合产生一个旋转堆成的带折痕的执行器构件。

9、进一步地，所述顶部结构和底部结构尺寸相同且上下不对称，并均为正多棱柱。

10、一种软体抓手，包括所述软体执行器。

11、进一步地，软体抓手还包括基座和软体抓手本体；基座的下端固定有两个所述软体执行器，两个软体抓手本体分别与两个软体执行器固定，可以通过调整软体执行器的固定角度和位置来调整两个软体抓手本体间的夹角和距离。

12、一种四足机械狗，包括所述软体执行器。

13、进一步地，四足机械狗还包括壳体构件，壳体构件的两侧分别设置有两个所述软体执行器，四个软体执行器上分别固定有一个行走腿，气泵带动软体执行器扭转，从而驱动四足机械狗完成行走动作。

14、本发明的有益效果：

15、(1)本发明提供的一种本体感知扭转折纸结构软体执行器，提出的一种扭转折纸结构的软体执行器，可通过较小的负压控制实现自身扭转运动，它的扭转运动会导致自身高度变化，扭转方向由侧面预设的折痕控制，可通过改变折痕方向控制软体执行器扭转方向。

16、(2)本发明提出的一种扭转传感器，通过导电弹性体制备得到，导电弹性体由热塑性聚氨酯(tpu)与具有压阻效应的碳黑的复合材料制作而成，可通过实时检测扭转传感器阻值的变化情况，获知软体执行器扭转角度变化信息，实现软体执行器的本体感知。

17、(3)本发明的扭转传感器，通过低成本熔融沉积建模3d打印技术制备得到，可根据不同的软体执行器制作相匹配的扭转传感器；扭转传感器使用导电弹性体制得，减少了对软体执行器本身性能的影响；扭转传感器内嵌在侧面结构凹槽内，避免了它与软体执行器的相对运动。所述的扭转传感器，制作过程简单，制造成本低廉，稳定且普遍适用。

技术特征：

1.一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，其特征在于，包括呈上下分布的顶部结构(2)和底部结构(4)，顶部结构(2)和底部结构(4)之间设置有侧面结构(3)，并形成密封腔；侧面结构(3)的每个侧面上预设有折痕，顶部结构(2)连接有气体导管(1)，气体导管(1)与密封腔连通，且与气泵连接，来控制密封腔的压力大小，使软体执行器沿着折痕发生扭转；

2.根据权利要求1所述的一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，其特征在于，所述侧面结构(3)的一侧面上设有凹槽，扭转传感器(5)安装在凹槽内。

3.根据权利要求2所述的一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，其特征在于，所述扭转传感器(5)呈弓字型。

4.根据权利要求1所述的一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，其特征在于，所述扭转传感器(5)通过熔融沉积建模3d打印技术制备得到。

5.根据权利要求1所述的一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，其特征在于，所述侧面结构(3)的每一面设有折痕，折痕由等距的山折痕和谷折痕组成，山、谷折痕的结合产生一个旋转堆成的带折痕的执行器构件。

6.根据权利要求1所述的一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，其特征在于，所述顶部结构(2)和底部结构(4)尺寸相同且上下不对称，并均为正多棱柱。

7.一种软体抓手，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的软体执行器。

8.根据权利要求7所述的一种软体抓手，其特征在于，还包括基座(7)和软体抓手本体(8)；基座7的下端固定有两个所述软体执行器，两个软体抓手本体(8)分别与两个软体执行器固定，可以通过调整软体执行器的固定角度和位置来调整两个软体抓手本体(8)间的夹角和距离。

9.一种四足机械狗，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的软体执行器。

10.根据权利要求9所述的一种四足机械狗，其特征在于，还包括壳体构件(13)，壳体构件(13)的两侧分别设置有两个所述软体执行器，四个软体执行器上分别固定有一个行走腿(12)，气泵带动软体执行器扭转，从而驱动四足机械狗完成行走动作。

技术总结
本发明公开一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，属于软体机器人领域；一种本体感知扭转折纸结构的软体执行器，包括呈上下分布的顶部结构和底部结构，顶部结构和底部结构之间设置有侧面结构，并形成密封腔；侧面结构的每个侧面上预设有折痕，顶部结构连接有气体导管，气体导管与密封腔连通，且与气泵连接，来控制密封腔的压力大小，使软体执行器沿着折痕发生扭转；所述侧面结构上设置有扭转传感器，扭转传感器由导电弹性体制备得到，导电弹性体由热塑性聚氨酯与具有压阻效应的碳黑的复合材料制作而成；扭转传感器的顶端和底端各延伸出一根导线连接至电阻计。

技术研发人员：杨扬,闫少阳,谢园
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12