一种正压混合干扰的变刚度机构

本发明属于软体驱动器，涉及一种变刚度机构，尤其涉及一种正压混合干扰的变刚度机构。

背景技术：

1、传统的机械结构通常具有固定的刚度，应对一些形状不规则、易碎的物体时存在损坏物体的风险，而柔性驱动器虽然适用于某些情况，但在抓取较大质量物体时由于低刚度难以维持所需形状，可能导致被抓取物体脱落。因此提升刚度就成为提高驱动器负载的首要需求。而变刚度技术则可以通过一定的机械设计和控制手段实现刚度的调节，在不损伤物体的同时具有更大的负载。这种技术在工程领域中具有广泛的应用前景。因此，一种自适应能力强、灵活性高、响应快、抓取稳定的变刚度机构具有极高的研究潜力。

2、如申请号201811170700x“一种基于颗粒阻塞的变刚度气动软体驱动器”的变刚度结构使用颗粒堵塞的方式实现刚度变化；如申请202310105640.8“一种软体驱动器和机械手”的变刚度结构通过加热常温下呈固态的可熔材料实现刚度变化；申请号2023101215781“一种可变刚度的气动软体驱动器”使用驱动弹簧组件作为改变刚度的机构，通过改变驱动弹簧的进给量改变刚度；申请号2019113442652“一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器”使用软管和尼龙细丝的配合控制波纹膨胀管的弯曲方向以及刚度大小；申请号2019111001617“弯曲型变刚度自传感式气动软体驱动器”通过调节弹性传感器的预紧力直接改变驱动器的刚度。

3、一种理想的变刚度机构，其在功能上应该可以实现常态下变形弯曲，被动适应物体形状；需要承受负载时提升刚度。常见的变刚度方法有颗粒堵塞、层状干扰、介电弹性体、特定刚性结构和特殊材料等。但介电弹性体需用到高电压，安全性差且不易实现；颗粒干扰利用颗粒间的摩擦力实现刚度变化，但颗粒之间的流动性让刚度控制难度加倍。层状干扰由于结构特殊性，容易产生褶皱结构易破坏。特定的刚性结构自重大，与柔性驱动器结合困难。特殊材料成本较高，且作用时间长。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，将颗粒与层结合并使用正压干扰，结合两者的优点，正压干扰相对于负压干扰提供更大范围的刚度变化，且更易控制，同时颗粒与层的混合作用确保结构的稳定性从而可以实现精确的刚度变化，具有很好的应用价值。

2、为实现上述目的，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，具有这样的特征：包括由上至下依次设置的限制应变模块、正压模块、颗粒模块和层阻塞模块；所述正压模块内具有可充气膨胀的气囊；所述颗粒模块内具有若干颗粒；所述层阻塞模块具有若干堆叠放置的层结构；向正压模块内充气，在位于其上方的限制应变模块的阻碍下，正压模块向下膨胀，对颗粒模块和层阻塞模块施加压力，颗粒/层结构与颗粒/层结构之间(即颗粒与颗粒之间、颗粒与层结构之间，层结构与层结构之间)的静摩擦力增大，机构的刚度增加。

3、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述正压模块内具体多个由气道连通的气囊，气囊周围为用于支撑气囊的正压支撑体。

4、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述正压模块中，正压支撑体的材料为硅胶。

5、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述颗粒模块具有若干个腔室，腔室周围为用于支撑腔室的颗粒支撑体；腔室的数量与所述正压模块中气囊的数量相同，并一一对应；所述颗粒在各腔室内均匀分布。

6、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述颗粒模块中，腔室仅能容纳一层颗粒。

7、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述颗粒模块中，颗粒支撑体的材料为硅胶；颗粒的材料为橡胶。

8、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述层阻塞模块内具有腔体，腔体周围为用于支撑的层阻塞支撑体；层阻塞模块的腔体与颗粒模块的若干腔室相通；若干层结构设置在腔体内，部分层结构的左端与腔体的左侧壁连接，另一部分层结构的右端与腔体的右侧壁连接，两部分层结构的自由端交叉堆叠设置，层结构之间存在空隙，与腔体左侧壁连接的层结构的右端与腔体右侧壁之间存在空隙，与腔体右侧壁连接的层结构的左端与腔体左侧壁之间存在空隙。

9、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述层阻塞模块中，层结构为聚氨酯片；层阻塞支撑体的材料为硅胶。

10、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述限制应变模块为三层结构，中间层为聚氨酯层，上、下层为硅胶层。

11、进一步，本发明提供一种正压混合干扰的变刚度机构，还可以具有这样的特征：其中，所述限制应变模块、正压模块、颗粒模块和层阻塞模块之间通过硅胶粘剂进行固化粘合。

12、本发明的有益效果在于：

13、一、本发明变刚度机构引入了正压干扰的设计，与传统软体驱动器相比，具备多项优势，包括刚度的可变性和更大的输出力。

14、二、本发明变刚度机构将颗粒与层结构结合，解决了颗粒变刚度和层结构变刚度的缺点，使结构不会产生褶皱，颗粒在变刚度时不会随意流动，保证了变刚度机构的稳定性。同时，本发明变刚度机构的颗粒模块结合层阻塞模块的设计有效地减小了机构损坏的风险，且提高了刚度上限。

15、三、本发明变刚度机构引入了三层结构的限制应变模块的设计，相对于传统的单一材料限制应变模块，硅胶-聚氨酯-硅胶结构限制应变模块更轻薄，有效减少了整体重量，限制应变模块起到限制无用膨胀的作用，有效地限制了正压模块的气球效应，确保正压模块膨胀方向为有用膨胀。

技术特征：

1.一种正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

7.根据权利要求4所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

10.根据权利要求1所述的正压混合干扰的变刚度机构，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种正压混合干扰的变刚度机构，属于软体驱动器技术领域，包括由上至下依次设置的限制应变模块、正压模块、颗粒模块和层阻塞模块；所述正压模块内具有可充气膨胀的气囊；所述颗粒模块内具有若干颗粒；所述层阻塞模块具有若干堆叠放置的层结构；向正压模块内充气，在位于其上方的限制应变模块的阻碍下，正压模块向下膨胀，对颗粒模块和层阻塞模块施加压力，颗粒/层结构与颗粒/层结构之间的静摩擦力增大，机构的刚度增加。本发明通过控制正压模块的充放气来改变机构的刚度。本发明具有刚度可变、负载范围增强、响应速度快、稳定性好等优点，可以广泛应用在软体驱动器、医疗设备、工业制造技术等领域。技术研发人员：许有熊,宁博,朱松青,韩亚丽,关鸿耀,杨柳,高海涛受保护的技术使用者：南京工程学院技术研发日：技术公布日：2024/5/29