專利名稱：一種撓性致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種撓性致動器，可用來驅(qū)動能握、夾、推的機(jī)器人和能模仿動物動作的寵物機(jī)器人。
此外，如日本公開特許公報(bào)No.2-17204所介紹的，還有一種不同于第一現(xiàn)有技術(shù)的致動器，其中驅(qū)動源和泵集成到液壓缸中(以下稱作第二現(xiàn)有技術(shù))。
作為機(jī)器人手指的致動器必須能象人的手指一樣彎曲，并可以圍起來以握住軟物體如水果或紙杯，以及用其頂端夾緊小物體如螺絲，或彎曲起來用其頂端推動開關(guān)。在用整個(gè)機(jī)器人手指握住紙杯時(shí)，希望在整個(gè)手指能產(chǎn)生基本上均勻的彎曲力。另一方面，在用頂端夾緊物體時(shí)，希望能產(chǎn)生與離開頂端距離成正比的彎曲力，可稱為力矩。減小頂端的彎曲力可以節(jié)省用于彎曲的能量。
然而，在所述第一現(xiàn)有技術(shù)中，整個(gè)致動器以預(yù)定弧度彎曲來握住物體，而不具有能在各部分產(chǎn)生適當(dāng)彎曲力的結(jié)構(gòu)。因此，很難按此設(shè)計(jì)出象人的手指一樣能夠以適當(dāng)?shù)奈樟M(jìn)行各種操作，如圍起來以握住軟物體、用頂端夾緊小物體或推動開關(guān)的致動器。
所述第二現(xiàn)有技術(shù)屬于活塞式的，需要有許多致動器和輔助傳感器或類似的機(jī)構(gòu)來形成撓性致動器，因此難以將這種致動器用作機(jī)器人手指。
即使將根據(jù)第一現(xiàn)有技術(shù)和第二現(xiàn)有技術(shù)的致動器用作能細(xì)致模仿動物動作的寵物機(jī)器人，也必須設(shè)有許多傳感器和復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，從而使外觀十分復(fù)雜。
此外，在第一現(xiàn)有技術(shù)和第二現(xiàn)有技術(shù)中，必須將工作液體輸送到壓力腔中，或者將工作液體從壓力腔中排出的泵必須通過液體管道(在現(xiàn)有技術(shù)中稱作工作管道)布置在外面，所以不能提供小型的致動器。因此，難以將這種致動器用作能細(xì)致模仿動物動作的寵物機(jī)器人。
當(dāng)液體被用作第一現(xiàn)有技術(shù)和第二現(xiàn)有技術(shù)的工作液體時(shí)，用來儲存這種液體的儲液囊與泵一起布置在外面。當(dāng)儲液囊在壓力腔(以下稱作主液體腔)上方時(shí)，以及當(dāng)儲液囊在主液體腔下面時(shí)，由于重力作用而供應(yīng)到主液體腔中或是從主液體腔排出的液體數(shù)量會由于圓筒形彈性體的位置變化而變化。因此，圓筒形彈性體位置的每一變化都會使彎曲變形量發(fā)生變化。
本發(fā)明可以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，其目的是要提供一種撓性致動器，能夠象人的手指一樣握住軟物體并能細(xì)致地模仿動物的動作，而且即使將液體用作工作液體，也可以避免由于重力作用而使儲液囊和主液體腔之間移動的液體量發(fā)生變化，并且即使致動器改變其位置，也可以使彎曲變形量保持不變。
根據(jù)本發(fā)明，布置在第一彎曲部分中的擴(kuò)大中空部分具有較大的橫截面面積，而布置在第二彎曲部分中的擴(kuò)大中空部分具有較小的橫截面面積，因此只須使液體流入管子中來增大擴(kuò)大中空部分的體積就可以使第一彎曲部分產(chǎn)生較大的彎曲力而第二彎曲部分產(chǎn)生較小的彎曲力，從而使根據(jù)本發(fā)明的致動器的動作能夠不同于傳統(tǒng)致動器的動作。
這種撓性致動器可用作機(jī)器人手指或類似的物體，且在作為第一彎曲部分的在活動部分底部的擴(kuò)大中空部分具有最大橫截面面積，擴(kuò)大中空部分的橫截面面積朝活動部分的頂端方向逐漸減小，因而在作為第二彎曲部分的在活動部分頂端的擴(kuò)大中空部分具有最小橫截面面積。
當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)形式的撓性致動器用作機(jī)器人手指時(shí)，活動部分底部即機(jī)器人手指的根部產(chǎn)生較大的彎曲力，而活動部分頂端即機(jī)器人手指的尖端產(chǎn)生較小的彎曲力，從而使機(jī)器人手指發(fā)生彎曲。這使得致動器能夠可靠地圍起來以握住軟物體，夾緊小物體，或用頂端推動開關(guān)，從而能夠象人的手指一樣動作。
布置在第二彎曲部分的擴(kuò)大中空部分的橫截面面積可以是布置在第一彎曲部分的擴(kuò)大中空部分的橫截面面積的30％至80％。
通過這種方式，在底部設(shè)置第二彎曲部分可以防止彎折底部的很大力量用來握住物體，因此使物體能夠被適當(dāng)?shù)匚兆?。此外，不需要有大彎曲力的頂端位置的平均截面面積較小，因此彎曲所需的液壓液總量減小，使得能夠快速彎曲和伸展。
芯部件的回彈力從活動部分的底部到頂端可以是逐漸減小的?；蛘?，芯部件可以是錐形板材，其底部寬度最大，寬度朝頂端逐漸減小，因而頂端寬度最小。
這對活動部分的彎曲位移不會有影響。當(dāng)活動部分在空負(fù)苛或輕負(fù)荷狀態(tài)下彎曲時(shí)，底部具有較大寬度的芯部件可以防止彎曲力集中在活動部分的底部，因此使整個(gè)活動部分能夠以均勻的弧度彎曲。
這種撓性致動器可用作按摩肩部的致動器，且在作為第一彎曲部分的沿活動部分長度方向中心處的擴(kuò)大中空部分具有最大橫截面面積，擴(kuò)大中空部分的橫截面面積朝沿活動部分長度方向兩端逐漸減小，因而在作為第二彎曲部分的活動部分兩端的擴(kuò)大中空部分具有最小橫截面面積。
當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)形式的撓性致動器作為肩部按摩致動器而應(yīng)用到人體肩部時(shí)，沿長度中心處的擴(kuò)大中空部分的彎曲力增大以確保肩部按摩效果。
布置在第二彎曲部分中的擴(kuò)大中空部分的橫截面面積可以是布置在第一彎曲部分中的擴(kuò)大中空部分橫截面面積的大約60％。
通過這種方式，由于第二彎曲部分只需要較小的彎曲力和較少量的液壓液，所以在工作時(shí)，如夾緊，需要有大彎曲力的第一彎曲部分上的彎曲力增大并集中，因此能夠提供快速的肩部按摩。
芯部件的回彈力從活動部分的沿長度方向中心到兩端可以是逐漸減小的。或者，芯部件可以是板材，沿長度方向中心處的寬度最大，寬度朝兩端逐漸減小，因而兩端的寬度最小。
通過這種方式，芯部件在產(chǎn)生小彎曲力的活動部分具有較低的回彈力。因此，可以提供這樣一種按摩肩部的致動器，其能夠以恒定弧度將整個(gè)肩部圍起來用較小的力量進(jìn)行按摩。
可以提供這樣一種撓性致動器，其包括長的活動部分，向主液體腔移動的液體使其彎曲；儲液囊，液體在儲液囊和主液體腔之間雙向移動；泵，可使液體在儲液囊和主液體腔之間移動；和泵驅(qū)動單元，用來控制泵，其中，活動部分包括沿長度方向布置的主液體腔和儲液囊、沿主液體腔和儲液囊的長度方向以預(yù)定間距排成一列的若干框架件、和用來保持框架件對齊的彈性芯部件。主液體腔和儲液囊沿活動部分的長度方向布置，因此即使活動部分的位置發(fā)生變化，由于重力作用而從儲液囊供應(yīng)到主液體腔的液體量，以及從主液體腔排出到儲液囊的液體量也不會變化。所以，活動部分的位置變化不會使泵驅(qū)動單元的彎曲變形量發(fā)生變化。主液體腔和儲液囊是沿長度方向布置的，因此可以提供一種小型的致動器。
儲液囊可以用可膨脹和收縮的彈性材料制成的管子構(gòu)成，包括沿長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分和連接在擴(kuò)大中空部分之間的狹窄中空部分。
這使得若干儲液囊能夠用管子連接起來以形成大容量且結(jié)構(gòu)簡單的儲液囊，從而提供一種便宜的致動器。
主液體腔可以用可膨脹和收縮的彈性材料制成的管子構(gòu)成，包括沿長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分和連接在擴(kuò)大中空部分之間的狹窄中空部分，且主液體腔的各擴(kuò)大中空部分沿縱向與儲液囊的各擴(kuò)大中空部分交錯布置。這樣能夠提供一種小型的致動器。
所述若干框架件可以是帶有空腔的空心件，且儲液囊的各擴(kuò)大中空部分可以布置在這些框架件的空腔中。
這樣能夠提供一種長度很短的小型致動器。儲液囊的各擴(kuò)大中空部分布置在框架件的每個(gè)空腔中，因此貯存在儲液囊擴(kuò)大中空部分中的液體不會受到因活動部分彎曲而產(chǎn)生壓力的影響。
構(gòu)成儲液囊的管子可以用撓性的彈性材料制成的，因此管子的各擴(kuò)大中空部分可以在整個(gè)空腔中膨脹。
這使得框架件空腔的空間能夠有效地用作儲液囊，因此能夠提供一種小型的致動器。
所述若干框架件可以帶有連通空腔與外界的氣孔。
這使得當(dāng)構(gòu)成儲液囊的管子擴(kuò)大中空部分在框架件空腔中膨脹時(shí)，空腔中的空氣能夠穿過氣孔流到外面。因此，空腔中的空氣不會對構(gòu)成儲液囊的管子擴(kuò)大中空部分的膨脹有任何影響。
泵可以安裝在與活動部分尾端中成整體的致動器主體中。在這種情況下，泵安裝在十分緊湊的致動器主體，因此這種致動器可以用作具有簡潔外觀的寵物機(jī)器人。
用來檢測液體流動量的傳感器可以布置在泵、主液體腔或儲液囊中的任何一個(gè)之中，且泵驅(qū)動單元可以根據(jù)該傳感器的信息來控制泵。
這使得能夠以高精度控制活動部分，比如當(dāng)致動器用作寵物機(jī)器人時(shí)，可以細(xì)致地模仿動物的動作。
可以提供這樣一種撓性致動器，其包括用撓性的彈性材料制成并沿長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分；長管，其中的液體腔是由連接在所述若干擴(kuò)大中空部分之間并沿長度方向延伸的連接管構(gòu)成；若干扁平框架件，通過面接觸沿縱向固定管子的所述若干擴(kuò)大中空部分；和連接件，用來固定相鄰框架件，使相互之間能夠擺動，其特征在于，該致動器還包括至少一個(gè)用來使框架件之間擺動恢復(fù)的彈簧件，且該彈簧件布置成可通過相鄰框架件沿管子的擴(kuò)大中空部分的壓縮方向產(chǎn)生彈性力。
在這種情況下，致動器包括至少一個(gè)用來使框架件之間擺動恢復(fù)的彈簧件，因此彈簧件沿所述若干擴(kuò)大中空部分的壓縮方向產(chǎn)生彈性力使液體從管子返回，從而恢復(fù)到挺直狀態(tài)。此外，彈簧件是獨(dú)立的，因此能更加容易地調(diào)整回彈力，使彎曲很大時(shí)因回彈力引起的排斥力減到最小。
可以提供這樣一種撓性致動器，包括沿預(yù)定方向彎曲的第一致動器；和連接在第一致動器底部的第二致動器，其中第一致動器包括用撓性的彈性材料制成并沿長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分；長管，其中的液體腔是由連接在所述若干擴(kuò)大中空部分之間并沿長度方向延伸的連接管構(gòu)成；若干扁平框架件，通過面接觸沿縱向固定管子的所述若干擴(kuò)大中空部分；和連接件，用來固定相鄰框架件，使相互之間能夠擺動，且第二致動器布置在位于第一致動器底部的框架件和致動器安裝部分之間，使第一致動器可整體沿不同于第一致動器彎曲方向的方向傾斜。
通過這種方式，可以提供這樣一種撓性致動器，其中第一致動器沿預(yù)定方向彎曲，第二致動器使整個(gè)第一致動器沿不同于第一致動器彎曲方向的方向傾斜，因此當(dāng)該致動器用作機(jī)器人手指時(shí)，可以使對應(yīng)于指尖的頂端框架件的位置發(fā)生變化以準(zhǔn)確地握住小物體。
第一致動器可以包括至少一個(gè)用來使框架件之間擺動恢復(fù)的彈簧件，且該彈簧件布置成可通過相鄰框架件沿管子的擴(kuò)大中空部分的壓縮方向產(chǎn)生彈性力。在這種情況下，彈簧件沿所述若干擴(kuò)大中空部分的壓縮方向產(chǎn)生彈性力，使液體從管子返回，從而恢復(fù)到挺直狀態(tài)。此外第一致動器的彈簧件是獨(dú)立的，因此能更加容易地調(diào)整回彈力，使彎曲很大時(shí)因回彈力引起的排斥力減到最小。
此外，彈簧件的端部可以固定在對齊的框架件的兩端。因此，即使在局部深彎的情況下，彈簧件也不會局部過度延長，因而可以提高使用壽命。
每一框架件包括用來對彈簧件的延伸和收縮進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向部分。這樣可以防止彈簧件在撓性致動器彎曲時(shí)產(chǎn)生移位。
框架件和連接件可以用樹脂整體模制而成。這樣可以提供一種部件少、重量輕、易于裝配的撓性致動器。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的用作機(jī)器人手指的撓性致動器的縱向剖視圖；圖2是沿圖1中II-II剖面并沿箭頭方向看的剖視圖，顯示了作為第一個(gè)實(shí)施例部件的管子；圖3是沿圖1中III-III剖面并沿箭頭方向看的剖視圖；圖4示出了從芯部件側(cè)看到的根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的撓性致動器；圖5示出了根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的彎曲后的撓性致動器；圖6示出了從芯部件側(cè)看到的根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例的撓性致動器，用作一種按摩肩部的致動器；圖7示出了彎曲后的根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例的撓性致動器；圖8示出了正用來按摩人體肩部的根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例的撓性致動器；圖9示出了從芯部件側(cè)看到的根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例的用作機(jī)器人手指的撓性致動器；圖10是根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例的撓性致動器的頂視圖；圖11是沿圖9中XI-XI剖面并沿箭頭方向看的剖視圖；圖12是沿圖9中XII-XII剖面并沿箭頭方向看的剖視圖；圖13示出了構(gòu)成根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例的撓性致動器的第一管子和第二管子；圖14示出了彎曲后的根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例的撓性致動器；圖15是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的用作機(jī)器人手指的撓性致動器的剖視圖；圖16是根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的撓性致動器的后視圖；圖17是根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的撓性致動器的側(cè)視圖；圖18示出了根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的彎曲后的撓性致動器；圖19是根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的方向發(fā)生變化后的撓性致動器背視圖；
圖20是根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的用作機(jī)器人手指的撓性致動器的側(cè)視圖；和圖21示出了整體模制的構(gòu)成根據(jù)第五個(gè)實(shí)施例的撓性致動器的框架件和連接件。
圖1示出了根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的用作機(jī)器人手指的撓性致動器2。
撓性致動器2包括長的活動部分6，向主液體腔4移動的液體可使其彎曲；致動器主體8，與活動部分6的底部整體形成；儲液囊10，安裝在致動器主體8的內(nèi)部，液體在儲液囊和主液體腔4之間雙向移動；泵12，可使液體在儲液囊10和主液體腔4之間移動；和泵驅(qū)動單元14，用來控制泵12。致動器主體8是機(jī)器人手指的根部并固定在未示出的機(jī)器人手上。
活動部分6包括構(gòu)成主液體腔4的長管16；沿管子16的長度方向以預(yù)定間距排成一列的若干框架件18a、18b...；和用來保持框架件18a、18b...對齊的芯部件20。
管子16是用撓性半透明的合成樹脂彈性材料制成。圖2示出了圖1中管子16沿垂直于圖紙面方向(圖1中的II-II剖面)的剖視圖。如圖2中清楚所示，管子16具有蕨葉狀的外觀，其中狹窄中空部分24連接在沿管子長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的扁平擴(kuò)大中空部分22a、22b...之間。
在頂視圖中看，框架件18a、18b...是用合成樹脂制成的基本上是矩形的空心件。圖3中的框架件18h在緊靠芯部件20的一側(cè)設(shè)有凹槽26，管子16的狹窄中空部分24插在其中，使框架件18h沿豎直方向固定在管子16的擴(kuò)大中空部分22h、22i...之間。除框架件18h以外的框架件18a、18b...也帶有凹槽26，管子16的狹窄中空部分24插在其中，使框架件18a、18b...沿豎直方向固定在管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...之間。在頂部框架件18j上，設(shè)置有用合成樹脂或類似物質(zhì)制成的頂蓋30。
在管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...中，底部的擴(kuò)大中空部分22a具有最大的橫截面面積，擴(kuò)大中空部分22b、22c...朝頂端方向具有逐漸減小的橫截面面積，而頂端的擴(kuò)大中空部分22j具有最小的橫截面面積。擴(kuò)大中空部分22a所處的活動部分6底部對應(yīng)于本發(fā)明的第一彎曲部分，而擴(kuò)大中空部分22j所處的活動部分6頂端對應(yīng)于本發(fā)明的第二彎曲部分。
類似地，在框架件18a、18b...中，底部的框架件18a具有最大的橫截面面積，框架件18b、18c...朝頂端方向的具有逐漸減小的橫截面面積，而頂端的框架件18j具有最小的橫截面面積。
如圖4所示，芯部件20是用合成樹脂制成的彈性可變形板件，并利用若干螺絲28沿豎直方向固定相互隔開的框架件18a、18b...，其底端固定在致動器主體8上。錐形板件用作芯部件20，其中底部20a具有最大的寬度H1，寬度朝頂端20b方向減小，頂端20b具有最小的寬度H2。薄片撓性材料(未示出)用螺絲28固定在芯部件20的整個(gè)表面上。
頂端的擴(kuò)大中空部分22j的橫截面面積是底部的擴(kuò)大中空部分22a的橫截面面積的30％至80％。
致動器主體8通過固定螺絲32固定在機(jī)器人手上。安裝在致動器主體8中的泵12采用如壓力型隔膜泵，將管子16的底部開口與儲存有預(yù)定數(shù)量液壓液S如液態(tài)硅樹脂的儲液囊10連接起來。通過控制泵驅(qū)動單元14，泵12將儲液囊10中的液壓液S供應(yīng)給管子16，或是使管子16中的液壓液S返回到儲液囊10中。
致動器主體8中包括帶有光發(fā)射元件如發(fā)光二極管和光接收元件如光敏二極管的光線接收和發(fā)射單元34。反射單元36如鏡子設(shè)在底部框架件18a的下表面上，并通過管子16的擴(kuò)大中空部分22a對準(zhǔn)光線接收和發(fā)射單元34。光線接收和發(fā)射單元34按照要求將一定量的帶有檢測到信息的發(fā)射光(接收光量)向(來自)反射單元36發(fā)送并傳給泵驅(qū)動單元14。
泵驅(qū)動單元14包括輸入接口電路，用來從光線接收和發(fā)射單元34讀取檢測信號；處理單元，根據(jù)預(yù)定程序進(jìn)行預(yù)定處理以控制泵12；存儲單元，如隨機(jī)存取存儲器或只讀存儲器；和輸出接口電路，將通過處理單元得到的電壓控制信號輸出給壓力型隔膜泵的壓力元件或類似元件。存儲單元中存儲有存儲表，可根據(jù)管子16的主液體腔4中液壓壓力的變化值以及從光線接收和發(fā)射單元34接收的輸入光量的變化值來估計(jì)活動部分6的位移量。處理單元參照存儲表進(jìn)行預(yù)定處理以控制泵12。
下面，將參考圖5來介紹具有上述結(jié)構(gòu)形式的撓性致動器2的工作過程。
將控制電流從泵驅(qū)動單元14輸出到泵12。當(dāng)泵12將儲液囊10中的液壓液S輸送到管子16(主液體腔4)中時(shí)，液壓液S流入管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...中而使其體積增大。
由于液壓液S流入管子16(主液體腔4)而增大體積的擴(kuò)大中空部分22a、22b...使芯部件20彎曲，從而使框架件18a、18b...產(chǎn)生位移。
此時(shí)，在擴(kuò)大中空部分22a、22b...中，底部的擴(kuò)大中空部分22a具有最大的橫截面面積，而頂端的擴(kuò)大中空部分22j具有最小的橫截面面積，橫截面面積從底部到頂端是逐漸減小的。因此，底部的擴(kuò)大中空部分22a比其它任何擴(kuò)大中空部分產(chǎn)生更大的使芯部件20彎曲的力(以下稱作彎曲力)。其它的擴(kuò)大中空部分22b、22c...22j具有逐漸減小的橫截面面積，因此朝頂端方向(朝擴(kuò)大中空部分22j的方向)彎曲力減小，且頂端處的擴(kuò)大中空部分22j產(chǎn)生最小的彎曲力。
當(dāng)沿豎直方向固定并相互隔開框架件18a、18b...的芯部件20彎曲時(shí)，使其回到挺直狀態(tài)的力(以下稱作回彈力)逐漸增大以抵抗擴(kuò)大中空部分22a、22b...的彎曲位移。本實(shí)施例中的芯部件20是錐形的，因此底部20a具有最大的寬度H1，寬度朝頂端20b方向減小，頂端具有最小的寬度H2。朝彎曲位移量增大的頂端擴(kuò)大中空部分22j方向，回彈力逐漸減小，因此彎曲力與朝頂端方向減小的回彈力達(dá)到平衡，使整個(gè)活動部分6在空載狀態(tài)下以基本上均勻的弧度彎曲。而且在輕輕握住軟物體如紙杯時(shí)，致動器可以均勻地握住整個(gè)物體而不會產(chǎn)生局部彎曲。
當(dāng)對應(yīng)于機(jī)器人手指尖端的頂蓋30夾緊并轉(zhuǎn)動螺絲時(shí)，頂蓋30必須產(chǎn)生很大的力量。這一動作的反作用力與離開頂蓋30的距離成正比，因此希望致動器底部的彎曲力大于頂端的彎曲力。當(dāng)本發(fā)明的致動器產(chǎn)生高于一定水平的彎曲力時(shí)，回彈力的影響相對較小，且擴(kuò)大中空部分22a、22b...的橫截面面積差使底部的彎曲力大于頂端的彎曲力。這樣可以穩(wěn)定地夾緊而不會只在頂端增大弧度。
頂端的擴(kuò)大中空部分22j的橫截面面積是底部的擴(kuò)大中空部分22a的橫截面面積的30％以上，因此在握住軟的圓形物體時(shí)，活動部分6不會局部彎曲，而是以相同的弧度沿圓形物體彎曲，因而能以均勻的力量握住物體。另外，頂端的擴(kuò)大中空部分22j的橫截面面積是底部的擴(kuò)大中空部分22a的橫截面面積80％以下，因此在握住物體時(shí)，其較大的反作用力不會施加到底部，因而能夠正常地握住物體。
不需要有大彎曲力的頂端位置的擴(kuò)大中空部分22j、22i、22h...的平均橫截面面積較小，因此彎曲所需的液壓液總量減小，使得能夠快速地彎曲。
當(dāng)泵12使管子16(主液體腔4)中的液壓液S返回到儲液囊10中時(shí)，管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...的體積減小，因而芯部件20的回彈力使框架件18a、18b...返回其初始位置。這使得撓性致動器2回到圖1所示的挺直狀態(tài)。此時(shí)，在頂端處具有較小橫截面面積的擴(kuò)大中空部分22j、22i、22h使整個(gè)主液體腔的體積減小。因此，體積在短時(shí)間內(nèi)減小，從而使撓性致動器很快進(jìn)入挺直狀態(tài)。
所以，根據(jù)本實(shí)施例的撓性致動器2，當(dāng)液壓液S流入管子16以增大擴(kuò)大中空部分22a、22b...的體積時(shí)，整個(gè)致動器以基本上均勻的弧度彎曲來輕輕握住軟物體，因此可以圍起來以握住軟物體。在夾緊小物體或用頂端推動開關(guān)時(shí)，從頂端產(chǎn)生對應(yīng)于力矩的彎曲力以防止指尖發(fā)生彎曲，因此能夠確保操作使機(jī)器人手指能象人的手指一樣動作。
而且當(dāng)活動部分6在空載狀態(tài)下彎曲時(shí)，芯部件20中具有較大寬度的底部20a可以防止彎曲力集中在活動部分6的底部上。因此，整個(gè)活動部分6能夠以均勻弧度彎曲，像人的手指一樣動作。
使液體在主液體腔4(在管子16中)和儲液囊10之間移動的泵12安裝在與活動部分6底部成整體的致動器主體8中，致動器主體8中包括光線接收和發(fā)射單元34，反射單元36設(shè)在底部框架件18a上，通過管子16的擴(kuò)大中空部分22a對著光線接收和發(fā)射單元34。因此，驅(qū)動單元(泵12)和傳感單元(光線接收和發(fā)射單元34和反射單元36)變得十分緊湊，使機(jī)器人手指具有簡潔的外觀。
此外，驅(qū)動泵12以增大或減小管子16中擴(kuò)大中空部分22a、22b...的體積而使框架件18a、18b...沿豎直方向移動，因而使寬度朝頂端20b方向逐漸減小的芯部件20發(fā)生彎曲，于是活動部分6產(chǎn)生彎曲位移。因此，活動部分6可用作能沿物體將其牢固握住的機(jī)器人手指。
接下來，圖6至8示出了根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的撓性致動器40。與圖1至5所示第一個(gè)實(shí)施例中相同的部件用相同的參考數(shù)字來表示，且其說明將省去。
撓性致動器40用作一種按摩肩部的致動器，并包括活動部分42、與活動部分42底部成整體的致動器主體8、和泵驅(qū)動單元14。
儲液囊10和泵12安裝在致動器主體8中。
活動部分42包括構(gòu)成主液體腔的長管44；沿管子44的長度方向以預(yù)定間距排成一列的若干框架件46a、46b...；和用來保持框架件46a、46b...對齊的芯部件48。
管子44是用撓性半透明的合成樹脂彈性材料制成的，具有蕨葉狀的外觀，其中狹窄中空部分(未示出)連接在沿管子長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的扁平擴(kuò)大中空部分50a、50b...之間，并具有與第一個(gè)實(shí)施例中管子16類似的形狀。
在頂視圖中看，框架件46a、46b...是用合成樹脂制成的基本上是矩形的空心件，并具有與第一個(gè)實(shí)施例中框架件18a、18b...類似的形狀。
在管子44的擴(kuò)大中空部分50a、50b...當(dāng)中，沿管子長度中心處的擴(kuò)大中空部分50g具有最大的橫截面面積，從擴(kuò)大中空部分50g朝頂端和底部方向的橫截面面積逐漸減小，因而頂端的擴(kuò)大中空部分50n和底部的擴(kuò)大中空部分50a具有最小的橫截面面積。擴(kuò)大中空部分50g所處的沿活動部分42長度的中心對應(yīng)于本發(fā)明的第一彎曲部分，而擴(kuò)大中空部分50n、50a所處的活動部分42的底部和頂端對應(yīng)于本發(fā)明的第二彎曲部分。
類似地，在框架件46a、46b...中，沿管子長度中心處的框架件46f、46g具有最大的橫截面面積，從框架件46f、46g朝頂端和底部方向的截面面積逐漸減小，因而頂端的框架件46n和底部的框架件46a具有最小的橫截面面積。
芯部件48是用合成樹脂制成的彈性可變形板件，并利用若干螺絲28沿豎直方向固定并相互隔開框架件46a、46b...，其底端固定在致動器主體8上。將芯部件48的形狀加工成沿長度中心處具有最大寬度H3，寬度朝頂端48a和底部48b的方向逐漸減小，因而頂端48a和底部48b具有最小寬度H4。
頂端的擴(kuò)大中空部分50n和底部的擴(kuò)大中空部分50a的橫截面面積是中心處擴(kuò)大中空部分50g的橫截面面積的60％。
致動器主體8通過固定螺絲32固定在手柄52上。
下面，將參考圖7來介紹具有上述結(jié)構(gòu)形式的撓性致動器40的操作過程。
當(dāng)控制電流從泵驅(qū)動單元14輸出到泵12時(shí)，由于液壓液S流入管子44而增大體積的擴(kuò)大中空部分50a、50b...使芯部件48彎曲，從而使框架件46a、46b...產(chǎn)生位移。
此時(shí)，在擴(kuò)大中空部分50a、50b...當(dāng)中，沿長度中心處的擴(kuò)大中空部分50g具有最大的橫截面面積，截面面積從擴(kuò)大中空部分50g朝頂端和底部方向逐漸減小，頂端的擴(kuò)大中空部分50n和底部的擴(kuò)大中空部分50a具有最小的橫截面面積。因此，沿長度中心處的擴(kuò)大中至部分50e、50f、50g、50h(在圖7中用50CT表示)比其它任何擴(kuò)大中空部分產(chǎn)生更大的彎曲力。
因此，如圖8所示，把作為肩部按摩致動器的撓性致動器40用在人體肩部，活動部分42重復(fù)彎曲，于是需要增大沿長度中心處的擴(kuò)大中空部分50CT的彎曲力以確保肩部按摩效果。
此外，驅(qū)動泵12以增大或減小擴(kuò)大中空部分50a、50b...的體積，使框架件46a、46b...沿豎直方向移動，因而使寬度朝兩端逐漸減小的芯部件48發(fā)生彎曲，于是活動部分42產(chǎn)生彎曲位移。因此，可以提供用來按摩肩部的致動器，其中，即使當(dāng)撓性致動器40以其兩端夾緊物體的時(shí)候，彎曲也不會集中在兩端。
接下來，圖9示出了用作根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人手指的撓性致動器2。圖10是圖9的頂視圖，圖11是沿圖9中XI-XI剖面并沿箭頭方向看的剖視圖，而圖12是沿圖9中XII-XII剖面并沿箭頭方向看的剖視圖。
如圖9和11所示，根據(jù)本實(shí)施例的撓性致動器2包括長的活動部分6，向主液體腔4移動的液體使其彎曲；致動器主體8，與活動部分6的底部整體形成；儲液囊10，液體在儲液囊10和主液體腔4之間雙向移動；泵12，使液體在儲液囊10和主液體腔4之間移動；和泵驅(qū)動單元14，用來控制泵12。致動器主體8是機(jī)器人手指的根部并固定在未示出的機(jī)器人手上。
活動部分6包括長的第一管子16，構(gòu)成主液體腔4；長的第二管子17，沿第一管子16布置并構(gòu)成儲液囊10；若干框架件18a、18b...，沿第一管子16和第二管子17的長度方向以等間距排成一列；和芯部件20，用來保持框架件18a、18b...對齊。
構(gòu)成主液體腔4的第一管子16用可膨脹和收縮的合成樹脂彈性材料制成。圖13示出了從芯部件20側(cè)看到的第一管子16和第二管子17的形狀，第一管子16具有蕨葉狀的外觀，其中狹窄中空部分24連接在沿管子長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的扁平擴(kuò)大中空部分22a、22b...之間。
構(gòu)成儲液囊10的第二管子17是用比第一管子16更薄的可膨脹和收縮的合成樹脂彈性材料制成，具有蕨葉狀的外觀，其中狹窄中空部分25連接在沿管子長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的扁平擴(kuò)大中空部分23a、23b...之間。
第二管子17的擴(kuò)大中空部分23a、23b...沿縱向與第一管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...交錯布置。
在頂視圖中看，框架件18a、18b...基本上是矩形的，里面帶有空腔，每一框架件18a、18b...還帶有連通空腔與外界的氣孔19。圖12中的框架件18g在緊靠芯部件20的一側(cè)設(shè)有凹槽26a、26b，第一管子16的狹窄中空部分24插在凹槽26a中，使框架件18g沿豎直方向固定在第一管子16的擴(kuò)大中空部分22g、22h...之間。除框架件18g以外的框架件也帶有凹槽26a，第一管子16的狹窄中空部分24插在凹槽26a中，使框架件沿豎直方向固定在第一管子16的擴(kuò)大中空部分之間。
第二管子17的狹窄中空部分25插在設(shè)于圖12所示框架件18g的另一個(gè)凹槽26b中，在狹窄中空部分25旁擴(kuò)大的第二管子17的擴(kuò)大中空部分23g布置在框架件18g的空腔中。
第二管子17中除擴(kuò)大中空部分23g外的擴(kuò)大中空部分也布置在其它框架件的空腔中。在頂部框架件18j上，也如圖1所示那樣設(shè)置有頂蓋30。
致動器主體8通過固定螺絲32固定在機(jī)器人的手上。安裝在致動器主體8中的泵12使用如壓力型隔膜泵，將構(gòu)成主液體腔4的第一管子16的底部開口與構(gòu)成儲液囊10的第二管子17的底端連接起來，其中儲液囊10中儲存有預(yù)定數(shù)量的液壓液如液態(tài)硅樹脂。通過控制泵驅(qū)動單元14，泵12將儲液囊10中的液壓液S供應(yīng)給主液體腔4，或是使主液體腔4中的液壓液S返回到儲液囊10中。
致動器主體8中包括帶有光發(fā)射元件如發(fā)光二極管和光接收元件如光敏二極管的光線接收和發(fā)射單元34。反射單元36如鏡子設(shè)在底部框架件18a的下表面上，并通過第一管子16的擴(kuò)大中空部分22a對著光線接收和發(fā)射單元34。光線接收和發(fā)射單元34按照要求將一定量的攜帶有檢測到信息的發(fā)射光(接收光量)向(來自)反射單元36發(fā)送并傳給泵驅(qū)動單元14。
泵驅(qū)動單元14包括輸入接口電路，用來從光線接收和發(fā)射單元34讀取已檢測信號；處理單元，根據(jù)預(yù)定程序進(jìn)行預(yù)定處理以控制泵12；存儲單元，如隨機(jī)存取存儲器或只讀存儲器；和輸出接口電路，將通過處理單元得到的電壓控制信號輸出給壓力型隔膜泵的壓力元件。存儲單元中存儲有存儲表，其中活動部分6的位移量對應(yīng)于主液體腔4的液壓壓力與從光線接收和發(fā)射單元34接收的輸入光量之間的相互關(guān)系。
處理單元參照存儲表進(jìn)行預(yù)定處理以控制泵12。
下面，將參考圖14和11來介紹具有上述結(jié)構(gòu)形式的撓性致動器2的工作過程。
將控制電流從泵驅(qū)動單元14輸出到泵12上。當(dāng)泵12將儲液囊10中的液壓液S輸送到主液體腔4中時(shí)，液壓液S流入第一管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...中而使其體積增大。
由于液壓液S流入主液體腔4而增大體積的擴(kuò)大中空部分22a、22b...使芯部件20彎曲，從而使框架件18a、18b...產(chǎn)生位移，并使整個(gè)活動部分6彎曲預(yù)定的弧度。此時(shí)，布置在框架件18a、18b...空腔中的第二管子17的擴(kuò)大中空部分23a、23b...相應(yīng)縮小。
另一方面，當(dāng)泵12使主液體腔4中的液壓液S返回到儲液囊10中時(shí)，第一管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...的體積減小，使框架件18a、18b...由于芯部件20的回彈力而返回其初始位置。這使得活動部分6回到圖11所示的挺直狀態(tài)。
當(dāng)?shù)谝还茏?6的擴(kuò)大中空部分22a、22b...的體積減小時(shí)，第二管子17的擴(kuò)大中空部分23a、23b...在框架件18a、18b...的空腔中膨脹。不過，由于每一框架件18a、18b...都帶有連通空腔與外界的氣孔19以防止空腔內(nèi)的空氣被壓縮，因此使第二管子17的擴(kuò)大中空部分23a、23b...能夠膨脹。
所以，根據(jù)本實(shí)施例的撓性致動器2，第一管子16的擴(kuò)大中空部分22a、22b...和第二管子17的擴(kuò)大中空部分23a、23b...沿縱向相互交錯布置，且泵12安裝在與活動部分6的底部成整體的致動器主體8中，因此能夠提供一種小型的致動器。
構(gòu)成主液體腔4的第一管子16和構(gòu)成儲液囊10的第二管子17在活動部分6中相互平行布置。即使活動部分6的位置發(fā)生變化，主液體腔4或儲液囊10也不會位于另一個(gè)之上或之下。而且，主液體腔4和儲液囊10是相互靠近布置的，因此由于重力作用而供應(yīng)到主液體腔4中的液壓液S的數(shù)量以及從主液體腔4中排出的液壓液S的數(shù)量不會變化。所以，活動部分6的位置變化不會使泵驅(qū)動單元14的彎曲位移量發(fā)生變化。
構(gòu)成儲液囊10的第二管子17包括沿長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的扁平擴(kuò)大中空部分23a、23b...，和連接在擴(kuò)大中空部分之間的狹窄中空部分25。這使得第二管子17本身能夠成為用管子連接起來的許多儲液囊，從而提供一種簡單和便宜的致動器。
當(dāng)?shù)诙茏?7的擴(kuò)大中空部分23a、23b...在框架件18a、18b...的空腔中膨脹時(shí)，空腔中的空氣經(jīng)過氣孔19通到外面，因而不會對擴(kuò)大中空部分23a、23b...的膨脹造成影響。
此外，第二管子17是用薄的彈性材料制成的，因此使框架件18a、18b...空腔中的空間能夠被擴(kuò)大中空部分23a、23b...有效地利用而提供一種小型的致動器。
下面，圖15是根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的用作機(jī)器人手指的撓性致動器2的剖視圖，圖16是撓性致動器2的后視圖，而圖17是撓性致動器2的側(cè)視圖。
根據(jù)本實(shí)施例的撓性致動器2包括第一致動器AC1和連接在第一致動器AC1底部的第二致動器AC2。
第一致動器AC1包括構(gòu)成液體腔的管子82；沿管子82長度以預(yù)定間距設(shè)置的若干框架件84a、84b...和頂端框架件86；以及用來固定相鄰框架件84a、84b...及頂端框架件86的連接件88，使這些框架件相互之間能夠擺動。
如圖15所示，管子82是用撓性的合成樹脂彈性材料制成的，包括沿長度以預(yù)定間距設(shè)置的扁平擴(kuò)大中空部分92a、92b...，和連接在擴(kuò)大中空部分92a、92b...之間的連接管94，且連接管94設(shè)置在擴(kuò)大中空部分92a、92b...的邊緣處。
在頂視圖中看，框架件84a、84b...和頂端框架件86是用合成樹脂制成的基本上是矩形的部件，且底部框架件84a的上表面、框架件84b、84c...的上下表面、以及頂端框架件86的上表面是平的?？蚣芗?4a的上表面、框架件84b、84c...的上下表面、以及頂端框架件86的下表面通過其平面部分與管子82的擴(kuò)大中空部分92a、92b...面接觸而固定。
管子82的連接管94離開相互接觸的擴(kuò)大中空部分92a、92b...和框架件84a、84b...并沿長度方向延伸，固定在兩個(gè)連接件88之間。
如圖17所示，兩個(gè)連接件88是用合成樹脂制成的彈性可變形板件，并利用若干螺絲96沿豎直方向固定并相互隔開框架件84a、84b...和頂端框架件86。每個(gè)連接件88帶有在框架件之間較薄的部分以構(gòu)成關(guān)節(jié)54a、54b...，用來連接框架件使它們相互之間能夠擺動。
如圖16所示，在對著框架件84a、84b...和頂端框架件86的關(guān)節(jié)54a、54b...的表面上設(shè)有導(dǎo)向槽(導(dǎo)向部分)56a、56b...、90a，且導(dǎo)向槽56a、56b...、90a中可容納有彈簧件58。
彈簧件58的兩端用螺絲60固定在框架件84a和頂端框架件86上，從而沿管子82的擴(kuò)大中空部分92a、92b...的壓縮方向產(chǎn)生彈性力。
另一方面，如圖16和17所示，第二致動器AC2包括連接件66，通過螺絲64以預(yù)定間距固定底部框架件84a和底座框架件(致動器安裝部分)62；管子68的擴(kuò)大中空部分70，固定在底部框架件84a的平面下表面與底座框架件62的上表面之間；和彈簧件72，其兩端用未示出的螺絲固定在底部框架件84a和底座框架件62上，從而沿管子68的擴(kuò)大中空部分70的壓縮方向產(chǎn)生彈性力。擴(kuò)大中空部分70設(shè)置為可朝第一致動器AC1中不帶連接件88和彈簧件58的側(cè)面膨脹。用來固定底部框架件84a和底座框架件62的連接件66中間部分較薄以構(gòu)成用來連接這兩個(gè)框架件的關(guān)節(jié)66a，可以如連接件88一樣使框架件相互之間能夠擺動。
下面，將參考圖18和19來介紹上述根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的撓性致動器2的工作過程和優(yōu)點(diǎn)。未示出的液體供應(yīng)控制單元連接到構(gòu)成第一致動器AC1的管子82和構(gòu)成第二致動器AC2的管子68的底部開口上，該液體供應(yīng)控制單元將液體供應(yīng)到管子82、68的液體腔中或是使液體從管子82、68的液體腔中返回。
當(dāng)液體供應(yīng)控制單元將液體供應(yīng)到管子82中時(shí)，管子82的擴(kuò)大中空部分92a、92b...因液體流入而增大體積。由于液體流入產(chǎn)生膨脹而增大體積的擴(kuò)大中空部分92a、92b...使連接件88的關(guān)節(jié)54a、54b...彎曲，從而使框架件84b、84c...和頂端框架件86產(chǎn)生位移。此時(shí)，擴(kuò)大中空部分92a、92b...以大接觸面積固定在框架件84a、84b...及頂端框架件86之間，因此擴(kuò)大中空部分92a、92b...膨脹，使關(guān)節(jié)54a、54b...的彎曲力增大而使第一致動器AC1深深彎曲，如圖18所示。
當(dāng)液體供應(yīng)控制單元使液體從管子82中返回時(shí)，彈簧件58沿?cái)U(kuò)大中空部分92a、92b...的壓縮方向產(chǎn)生彈性力，于是彈簧件58的回彈力使第一致動器AC1回到其初始挺直狀態(tài)。
當(dāng)液體供應(yīng)控制單元將液體供應(yīng)到管子68中時(shí)，管子68的擴(kuò)大中空部分70因液體流入而增大體積。由于液體流入管子68產(chǎn)生膨脹而增大體積的擴(kuò)大中空部分70使連接件66的關(guān)節(jié)66a彎曲，從而使框架件84a在不同于第一致動器AC1彎曲方向的方向上產(chǎn)生位移，因此使整個(gè)第一致動器AC1傾斜。
當(dāng)液體供應(yīng)控制單元使液體從管子68中返回時(shí)，彈簧件72沿?cái)U(kuò)大中空部分70的壓縮方向產(chǎn)生彈性力，于是彈簧件72的回彈力使整體傾斜的第一致動器AC1回到其初始狀態(tài)。
所以，根據(jù)本實(shí)施例的撓性致動器2只須通過選擇第一致動器AC1的彈簧件58就可以隨意地調(diào)整回彈力，因此彈簧件的排斥力不會限制彎曲。
第一致動器AC1的彈簧件58只在兩端固定，因此彈簧件58可整個(gè)伸長來吸收某一關(guān)節(jié)的任何局部深彎情況以防止局部過度伸長，從而提高使用壽命。
彈簧件58容納在框架件84a、84b...和頂端框架件86的導(dǎo)向槽56a、56b...，90a中，因此可以防止彈簧件58的位置在第一致動器AC1彎曲時(shí)產(chǎn)生移位。
當(dāng)根據(jù)本實(shí)施例的撓性致動器2用作機(jī)器人手指時(shí)，第一致動器AC1能夠如人的手指一樣深深彎曲以確保彎起來以握住軟物體如水果或紙杯。而且，第一致動器AC1沿預(yù)定方向彎曲，第二致動器AC2使整個(gè)第一致動器AC1沿不同于第一致動器AC1彎曲方向的方向傾斜，因此當(dāng)該致動器用作機(jī)器人手指時(shí)，可以使對應(yīng)于指尖的頂端框架件86的位置發(fā)生變化以準(zhǔn)確地握住小物體。
下面，將參考圖20和21來介紹根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的撓性致動器。與第四個(gè)實(shí)施例中相同的部件用相同的參考數(shù)字來表示，且其說明將被省去。
本實(shí)施例的撓性致動器2包括構(gòu)成液體腔的管子82；沿管子82的長度以預(yù)定間距排成一列的若干框架件74a、74b...和頂端框架件76；以及用來固定相鄰框架件74a、74b...和頂端框架件76的連接件78a、78b...，使這些框架件相互之間能夠擺動。
框架件74a、74b...和頂端框架件76，以及連接件78a、78b...是用抗彎曲的樹脂材料如聚丙烯整體模制而成的，且連接件78a、78b...較薄以構(gòu)成關(guān)節(jié)。
每一連接件78a、78b...對著彈簧件58的表面上帶有長孔80。
當(dāng)裝配本實(shí)施例的撓性致動器2時(shí)，只須將管子82的擴(kuò)大中空部分92a、92b...穿過連接件78a、78b...上的長孔80而放置在框架件74a、74b...的側(cè)面上。管子82的擴(kuò)大中空部分92a、92b是撓性的且較薄，因此能夠很容易地變形以穿過所示的長孔80。本實(shí)施例的工作過程與第四個(gè)實(shí)施例中的類似。
本實(shí)施例具有與第四個(gè)實(shí)施例中第一致動器AC1類似的優(yōu)點(diǎn)，且框架件74a、74b...和頂端框架件76，以及連接件78a、78b...是用樹脂材料整體模制而成的，因此可以提供一種包含部件少、重量輕、易于裝配的撓性致動器。
在第四和第五個(gè)實(shí)施例中，框架件84a、84b...，74a、74b...，以及頂端框架件86、76帶有導(dǎo)向槽56a、56b...，90a。但是，如果彈簧件在彎曲時(shí)不會產(chǎn)生移位，框架件84a、84b...和頂端框架件86、76就可以帶有相互連通的導(dǎo)向孔來代替導(dǎo)向槽，且導(dǎo)向孔中可以容納彈簧件58。
根據(jù)第一至第五個(gè)實(shí)施例的撓性致動器可以用作能細(xì)致模仿動物動作的寵物機(jī)器人的致動器。這種致動器即使當(dāng)用作寵物機(jī)器人的時(shí)候也十分緊湊，因此可以提供能細(xì)致模仿動物動作的寵物機(jī)器人。
作為機(jī)器人手指的致動器必須能如人的手指一樣彎曲，并可以圍起來以握住軟物體如水果或紙杯，以及用其頂端夾緊小物體如螺絲，或彎曲起來用其頂端推動開關(guān)。在用整個(gè)機(jī)器人手指握住紙杯時(shí)，希望在整個(gè)手指上能產(chǎn)生基本上均勻的彎曲力，但是在用頂端夾緊物體時(shí)，希望能根據(jù)力矩產(chǎn)生與離開頂端距離成正比的彎曲力。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，整個(gè)致動器以預(yù)定弧度彎曲來握住物體，而不具有能在各部分產(chǎn)生適當(dāng)彎曲力的結(jié)構(gòu)。因此，很難按此設(shè)計(jì)出與人的手指一樣能夠以適當(dāng)?shù)奈樟M(jìn)行各種操作如圍起來以握住軟物體、用頂端夾緊小物體或推動開關(guān)的致動器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，在根據(jù)本發(fā)明的撓性致動器中，布置在活動部分的第一彎曲部分的擴(kuò)大中空部分具有較大的橫截面面積，而布置在第二彎曲部分的擴(kuò)大中空部分具有較小的橫截面面積，因此只須使液體流入管子來增大擴(kuò)大中空部分的體積就可以使第一彎曲部分產(chǎn)生較大的彎曲力而第二彎曲部分產(chǎn)生較小的彎曲力。這使得能夠以在整個(gè)手指上基本均勻的彎曲力握住紙杯，以及通過底部產(chǎn)生大彎曲力而頂端產(chǎn)生小彎曲力來像人的手指一樣用指尖夾緊物體。
此外，對于如上所述主液體腔和儲液囊沿長度方向布置的那種撓性致動器來說，即使活動部分的位置發(fā)生變化，由于重力作用而從儲液囊供應(yīng)到主液體腔的液體量，以及從主液體腔排出到儲液囊的液體量也不會變化。因此，活動部分的位置變化不會使彎曲變形量發(fā)生變化。
權(quán)利要求
1.一種撓性致動器，包括長的活動部分，向主液體腔移動的液體使其彎曲；儲液囊，所述液體可在所述儲液囊和所述主液體腔之間雙向移動；泵，使所述液體在所述儲液囊和所述主液體腔之間移動；和泵驅(qū)動單元，用來控制所述泵，其特征在于，所述活動部分包括構(gòu)成所述主液體腔的長管、沿所述管子的長度方向以預(yù)定間距排成一列的若干框架件、和用來保持所述框架件對齊的彈性芯部件，所述管子是用撓性的彈性材料制成的，包括沿所述長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分和連接在所述擴(kuò)大中空部分之間的狹窄中空部分，所述若干框架件是由扁平件構(gòu)成，并通過將所述管子的所述狹窄中空部分插入設(shè)在緊靠所述芯部件的側(cè)面的凹槽或孔中來縱向固定所述若干擴(kuò)大中空部分，所述活動部分帶有產(chǎn)生大彎曲力的第一彎曲部分和產(chǎn)生小彎曲力的第二彎曲部分，布置在所述第一彎曲部分的所述擴(kuò)大中空部分具有大橫截面面積，而布置在所述第二彎曲部分的所述擴(kuò)大中空部分具有小橫截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓性致動器，其特征在于，所述撓性致動器用作機(jī)器人手指，且在作為所述第一彎曲部分的在所述活動部分底部的所述擴(kuò)大中空部分具有最大橫截面面積，所述擴(kuò)大中空部分的橫截面面積朝所述活動部分的頂端方向逐漸減小，因而在作為所述第二彎曲部分的在所述活動部分頂端的所述擴(kuò)大中空部分具有最小橫截面面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的撓性致動器，其特征在于，布置在所述第二彎曲部分中的所述擴(kuò)大中空部分的橫截面面積是布置在所述第一彎曲部分中的所述擴(kuò)大中空部分的橫截面面積的30％至80％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的撓性致動器，其特征在于，所述芯部件的回彈力從所述活動部分的底部到頂端是逐漸減小的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的撓性致動器，其特征在于，所述芯部件是一錐形板材，其底部寬度最大，寬度朝頂端逐漸減小，因而頂端寬度最小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓性致動器，其特征在于，所述撓性致動器用作按摩肩部的致動器，且在作為所述第一彎曲部分的沿所述活動部分長度方向中心處的所述擴(kuò)大中空部分具有最大橫截面面積，所述擴(kuò)大中空部分的橫截面面積朝沿所述活動部分長度方向兩端逐漸減小，因而在作為所述第二彎曲部分的所述活動部分兩端的所述擴(kuò)大中空部分具有最小橫截面面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的撓性致動器，其特征在于，布置在所述第二彎曲部分中的所述擴(kuò)大中空部分的橫截面面積大約是布置在所述第一彎曲部分中的所述擴(kuò)大中空部分的橫截面面積的60％。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的撓性致動器，其特征在于，所述芯部件的回彈力從所述活動部分的沿長度方向中心到兩端是逐漸減小的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的撓性致動器，其特征在于，所述芯部件是板材，其中沿長度方向中心處的寬度最大，寬度朝兩端逐漸減小，因而兩端的寬度最小。
10.一種撓性致動器，包括長的活動部分，向主液體腔移動的液體使其彎曲；儲液囊，所述液體在所述儲液囊和所述主液體腔之間雙向移動；泵，使所述液體在所述儲液囊和所述主液體腔之間移動；和泵驅(qū)動單元，用來控制所述泵，其特征在于，所述活動部分包括沿長度方向布置的所述主液體腔和所述儲液囊、沿所述主液體腔和所述儲液囊長度方向以預(yù)定間距排成一列的若干框架件、和用來保持所述框架件對齊的彈性芯部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的撓性致動器，其特征在于，所述儲液囊是用可膨脹和收縮的彈性材料制成的管子構(gòu)成，包括沿所述長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分和連接在所述擴(kuò)大中空部分之間的狹窄中空部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的撓性致動器，其特征在于，所述主液體腔是用可膨脹和收縮的彈性材料制成的管子構(gòu)成，包括沿所述長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分和連接在所述擴(kuò)大中空部分之間的狹窄中空部分，且所述主液體腔的各擴(kuò)大中空部分沿縱向與所述儲液囊的各擴(kuò)大中空部分交錯布置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的撓性致動器，其特征在于，所述若干框架件是帶有空腔的空心件，且所述儲液囊的各擴(kuò)大中空部分布置在所述若干框架件的各空腔中。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任何一項(xiàng)所述的撓性致動器，其特征在于，構(gòu)成所述儲液囊的所述管子是用撓性的彈性材料制成，因此，所述管子的各擴(kuò)大中空部分可以在所述整個(gè)空腔中膨脹。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的撓性致動器，其特征在于，所述若干框架件帶有連通所述空腔與外界的氣孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任何一項(xiàng)所述的撓性致動器，其特征在于，所述儲液囊和所述泵安裝在與所述活動部分的尾端成整體的致動器主體中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任何一項(xiàng)所述的撓性致動器，其特征在于，用來檢測液體流動量的傳感器布置在所述泵、所述主液體腔或所述儲液囊中的任一個(gè)之中，且所述泵驅(qū)動單元根據(jù)所述傳感器的信息來控制所述泵。
18.一種撓性致動器，包括用撓性的彈性材料制成并沿長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分；長管，其中的液體腔是由連接在所述若干擴(kuò)大中空部分之間并沿所述長度方向延伸的連接管構(gòu)成的；若干扁平框架件，通過面接觸沿縱向固定所述管子的所述若干擴(kuò)大中空部分；和連接件，用來固定所述相鄰框架件，使相互之間能夠擺動；其特征在于，所述致動器包括至少一個(gè)用來使所述框架件之間擺動恢復(fù)的彈簧件，且所述彈簧件布置成可通過所述相鄰框架件沿所述管子的所述擴(kuò)大中空部分的壓縮方向產(chǎn)生彈性力。
19.一種撓性致動器，包括沿預(yù)定方向彎曲的第一致動器；和連接在所述第一致動器底部的第二致動器，其特征在于，所述第一致動器包括用撓性的彈性材料制成并沿長度方向以預(yù)定間距設(shè)置的若干扁平擴(kuò)大中空部分；長管，其中的液體腔是由連接在所述若干擴(kuò)大中空部分之間并沿所述長度方向延伸的連接管構(gòu)成；若干扁平框架件，通過面接觸沿縱向固定所述管子的所述若干擴(kuò)大中空部分；和連接件，用來固定所述相鄰框架件，使相互之間能夠擺動，且所述第二致動器布置在位于所述第一致動器底部的所述框架件與致動器安裝部分之間，使所述第一致動器可整體沿不同于所述第一致動器彎曲方向的方向傾斜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的撓性致動器，其特征在于，所述第一致動器包括至少一個(gè)用來使所述框架件之間擺動恢復(fù)的彈簧件，且所述彈簧件布置成可通過所述相鄰框架件沿所述管子的所述擴(kuò)大中空部分的壓縮方向產(chǎn)生彈性力。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或20所述的撓性致動器，其特征在于，所述彈簧件的端部固定在所述排成一列的框架件的兩端。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的撓性致動器，其特征在于，各所述框架件包括用來對所述彈簧件的延伸和收縮進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任何一項(xiàng)所述的撓性致動器，其特征在于，所述框架件和所述連接件是用樹脂整體模制而成。
全文摘要
本發(fā)明的撓性致動器2包括活動部分6、致動器主體8、儲液囊10和使液體在儲液囊10與主液體腔4之間移動的泵12?；顒硬糠?包括構(gòu)成主液體腔的長管16；沿管子長度方向以預(yù)定間距排成一列的框架件18a、18b...；和用來保持框架件對齊的芯部件20。所述管子包括連接在扁平擴(kuò)大中空部分22a、22b...之間的狹窄中空部分24。在這些擴(kuò)大中空部分中，底部的擴(kuò)大中空部分具有最大的橫截面面積，擴(kuò)大中空部分的橫截面面積朝頂端方向逐漸減小，因而頂端的擴(kuò)大中空部分具有最小的橫截面面積。
文檔編號F15B15/10GK1425856SQ0215617
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者瀨戶毅, 高城邦彥 申請人:精工愛普生株式會社