本發明涉及驅動結構，特別指一種靈活多變的、可應用在多種仿生驅動結構中的液壓驅動裝置。

背景技術：

傳統的剛性液壓裝置，一般通過油缸加壓進行機械傳動。此類驅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器人上。

另有一種氣壓工業機器人抓手，其使用氣壓結構驅動裝置實現擺動。

如，授權公告號為cn104227721b的專利文件公開了一種仿生軟體機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、中心驅動腔和側驅動腔，所述彈性基體的截面呈圓形，所述彈性基體的中部設有中心驅動腔，在所述中心驅動腔外的彈性基體的一圈上等圓弧間隔地設有至少三個側驅動腔，所述中心驅動腔和側驅動腔的兩端均封閉，所述中心驅動腔、側驅動腔均與通氣管連通；在所述中心驅動腔的內壁和外壁安裝中心約束件，在所述側驅動腔的內壁和外壁安裝側約束件。本發明在抓持運動過程中有效實現剛度獨立可變和動態可控。

然而，由于采用氣壓方式驅動，其氣壓控制裝置較大，不能應用在小型化的仿生魚尾、觸手、人型機器人指關節等部位。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。

技術實現要素：

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

本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：

一種液壓驅動裝置，包括一個或多個囊狀彎曲結構及液壓驅動泵，所述囊狀彎曲結構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動泵，用于充入或抽出液體，另一端密閉。

作為上述技術方案的改進，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。

作為上述技術方案的改進，所述囊狀彎曲結構對稱設置有兩個，其液道底部合二為一形成中間隔。

進一步的，所述中間隔一側的囊狀彎曲結構內通過液壓驅動泵充入或抽出液體，其另一側的囊狀彎曲結構內不充入液體。

作為上述技術方案的改進，所述液道為一體貫通式或分體聯通式結構。

作為上述技術方案的改進，所述液道或中間隔上開設有孔，所述孔的面積為該側囊狀彎曲結構液囊的囊口面積的0％～95％。

進一步的，所述孔在液道或中間隔上規則或非規則的開設有多個。

進一步的，所述孔內安裝有硬質骨骼結構，所述硬質骨骼結構包括活動關節及制動裝置，所述制動裝置用于控制活動關節在旋轉至所需角度時停止動作，制動裝置為類剎車片結構，或者活動關節內可設置角度檢測裝置，與制動裝置配合使用，當檢測到活動關節旋轉至所需角度時，其傳輸信號至制動裝置使活動關節停止動作。

作為上述技術方案的改進，所述液壓驅動泵為沖程可調曲軸式泵或電磁感應式泵或連桿式傳動泵，

當采用沖程可調曲軸式泵時，其通過電機或手動控制飛輪或曲軸驅動活塞桿上下往復動作進而控制液壓室內液體量，進而控制液囊內液體的量，使囊狀彎曲結構彎曲；

當采用電磁感應式泵時，其在液壓室(u形，但不限于此形狀)一側管內設置活塞桿，在活塞桿外加電感線圈，當給電感線圈加壓時，活塞桿在電磁感應作用下上下往復動作實現控制液壓室內液體量，進而控制液囊內液體的量，使囊狀彎曲結構彎曲；

當采用連桿式傳動泵時，原理一致，操作可采用簡易手動式。

作為上述技術方案的改進，所述囊狀彎曲結構采用硅膠柔性材料制成。

本發明帶來的有益效果有：

其一，相對于金屬液壓驅動裝置，本裝置降低了整體結構重量，便于應用在小型機器人上；

其二，相對于氣壓機械抓手，本裝置體積更小，在便于應用在小型機器人上的同時，應用本裝置的產品不僅運動形態多檔位可調，結構設計多樣，還可以根據需要靈活準確的仿生多種生物的運動姿態，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

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明，

附圖1是本發明實施例1的囊狀彎曲結構結構示意圖；

附圖2是本發明實施例2的囊狀彎曲結構結構示意圖；

附圖3是本發明實施例3的囊狀彎曲結構結構示意圖；

附圖4是本發明實施例4囊狀彎曲結構立體結構示意圖；

附圖5是本發明實施例4囊狀彎曲結構剖面結構示意圖；

附圖6是本發明實施例5結構示意圖；

附圖7是本發明實施例6結構示意圖；

附圖8是本發明實施例7結構示意圖；

附圖9-10是本發明實施例8結構示意圖；

附圖11-12是本發明實施例9結構示意圖；

附圖13是本發明實施例10結構示意圖；

附圖14-15是本發明實施例12結構示意圖；

附圖16是本發明實施例13結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

參照附圖1，一種單側液壓驅動裝置，包括單側設置的囊狀彎曲結構1和液壓驅動泵2，其通過液壓驅動系統改變囊腔內液體量，并靠外界壓強改變囊腔形狀從而完成搖擺等動作。

上述囊狀彎曲結構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左端為進出水端，用于連接液壓驅動泵2用于充入或抽出液體，另一端密閉。

囊狀彎曲結構1具體由硅膠柔性材料制成。

實施例2

參照附圖2，一種單側液壓驅動裝置，包括單側設置的囊狀彎曲結構1和液壓驅動泵2，其通過液壓驅動系統改變囊腔內液體量，并靠外界壓強改變囊腔形狀從而完成搖擺等動作。

上述囊狀彎曲結構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變，液道12左端連接液壓驅動泵2，另一端密閉，液道12與液壓驅動泵2之間任意方式緊密連接。

實施例3

參照附圖3，一種單側液壓驅動裝置，包括囊狀彎曲結構1和液壓驅動泵2。

上述囊狀彎曲結構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變，液道12左端連接液壓驅動泵2，另一端密閉，液道12與液壓驅動泵2之間通過螺紋搭配橡膠密封結構緊密連接。

實施例4

一種雙側液壓驅動裝置。

參照附圖4-5，主要包括雙側對稱設置的囊狀彎曲結構1和液壓驅動泵2，囊狀彎曲結構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。囊狀彎曲結構1的左端為液壓驅動泵2安裝端。

實施時，中間隔13上側的囊狀彎曲結構1內通過液壓驅動泵2充入或抽出液體，其下側的囊狀彎曲結構1內可選擇不充入液體。

當通過液壓驅動泵2在上側囊內充入或抽出液體時，囊口端總長度會對應增加或減少，由于中間隔13長度不會變化，而囊狀彎曲結構1的硅膠柔性材質可以彎曲，所以在下側的囊狀彎曲結構1會對應下彎或上彎。

經過計算，僅上側充入或抽出液體對形變彎曲角度的改變為：

當充入液體使上側囊口端總長度增加15％，則能使整個結構向下彎曲30°～40°；

當抽出液體使上側囊口端總長度減少25％，則能使整個結構向上彎曲30°～40°。

實施例5

一種雙側液壓驅動裝置。

參照附圖6，主要包括雙側對稱設置的囊狀彎曲結構1和液壓驅動泵2，囊狀彎曲結構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動泵2采用沖程可調曲軸式泵。其上端設置連接頭與囊狀彎曲結構1密封連接。工作時，通過微型電動機控制曲軸轉動，進而驅動活塞桿上下動作，以控制上方液壓室內液體量，并進一步控制左側液囊11內的液體的量，使囊狀彎曲結構1左右彎曲。

實施例6

一種雙側液壓驅動裝置。

參照附圖7，主要包括雙側對稱設置的囊狀彎曲結構1和液壓驅動泵2，囊狀彎曲結構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動泵2采用電磁感應式泵，或稱之為電壓活塞泵。

電磁感應式泵設置有u型液壓室及磁場，液壓室一側管內設置活塞桿，在活塞桿外加電感線圈，電感線圈連接電源，當給電感線圈供電加壓時，活塞桿在電磁感應作用下上下移動實現控制液壓室內液體量，進而控制左側液囊11內液體的量，使囊狀彎曲結構1彎曲。

本實施例中u型液壓室的形狀還可以設置其他適宜形狀，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液壓驅動裝置。

參照附圖8，主要包括雙側對稱設置的囊狀彎曲結構1和液壓驅動泵2，囊狀彎曲結構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動泵2采用普通連桿式傳動泵。

該實施例可應用在手動控制情況中，當手動轉動右側的轉動盤時，連桿帶動左側轉動盤及活塞桿動作，進而帶動活塞桿上下動作，控制上方液壓室內液體量，并進一步控制左側液囊11內的液體的量，使囊狀彎曲結構1左右彎曲。

實施例8

一種仿生魚機器人。

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

本實施例中的液壓驅動泵2采用沖程可調式泵，如附圖10所示為一種沖程可調式泵的聯動結構局部，可以自由控制魚身魚尾整體擺動的幅度，實現魚的運動姿態。

實施例9

一種類指關節仿生結構。

參照附圖11，應用單液囊液壓驅動裝置在本實施例中，液囊11形狀與高度可適當調整以更加逼真，如附圖12所示。

單液囊液壓驅動裝置的液道12底部開設有孔14，孔14的面積為液囊11的囊口面積的30％，孔14的個數與液囊11的個數對應一致，在其他實施例如類五指關節仿生結構中，可設置為五個規則或非規則的孔14。

孔14內安裝硬質骨骼結構15，硬質骨骼結構15包括活動關節及制動裝置。

制動裝置可以為類剎車片結構，可控制活動關節在旋轉至所需角度時停止動作；或者活動關節內可設置角度檢測裝置，與制動裝置配合使用，當檢測到活動關節旋轉至所需角度時，其傳輸信號至制動裝置使活動關節停止動作。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，該部分技術采用現有的角度探測與制動技術產品。

在本實施例中，由于液囊11內設置有硬質骨骼結構15，這使得關節位置是否可轉動可控。當減少液囊11內液體總量時，積累的形變會在可動關節處顯現。

實施例10

一種類指關節仿生結構。

參照附圖13，應用實施例5的雙側液壓驅動裝置在本實施例中，將其設計為適當的大小，并安裝于軟質仿生手指結構內。

在本實施例中，雙側液壓驅動裝置的中間隔13以硬質骨骼結構15替代，此部分結構可參照實施例9。

實施例11

一種仿生魷魚/水母。

應用實施例1中的單側液壓驅動裝置與電壓活塞泵組合，適當調整液囊11形狀與高度制成多條魷魚機器人觸須，或水母機器人傘蓋結構。

可以根據需要控制魷魚機器人每條觸須上結構的擺動幅度，調整運動姿態；或控制水母機器人傘蓋結構不同位置驅動結構的擺動幅度，調整運動姿態。

實施例12

一種單側液壓驅動裝置。

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

具體的，囊狀彎曲結構1包括若干液囊11及液道12。與上述各實施例不同的是，本結構中，液道12為分體聯通式結構，其由若干獨立的液腔與聯通各液腔的管道構成，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，管道的左側用于連接液壓驅動泵2，右側密封。

本實施例可進行適當的結構變形，形成雙液壓驅動裝置，區別在于，液囊11同時密封安裝于液腔的上、下兩側。

實施例13

一種可多向轉動的液壓驅動裝置。

參照附圖16，應用實施例12中的液壓驅動裝置結構，制作出一種呈管狀結構的可多向轉動的液壓驅動裝置。

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

以上對本發明的具體實施例進行了詳細說明，但內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發明的專利涵蓋范圍之內。

同時應當理解，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方案，本說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。