[发明专利]一种水压驱动的柔性机械手爪

说明书

本发明公开了一种水压驱动的柔性机械手爪，属于水下机械臂的关键零部件，该水液压驱动的柔性机械手爪主要由三个软体驱动器、压盘、压座等零部件组成。其中，软体驱动器由硅氟橡胶外表皮和V型内骨架组成。V型内骨架截面形状为椭圆形，驱动器末端与驱动器接头之间间隔设置有多个凹槽。该柔性机械手爪系统结构简单，以纯水为工作介质，当高压水流入一端封闭的V型内骨架时，由于其截断面为椭圆形，其管内壁各处受力不同，金属管会由弯曲逐渐变直，同时外部的硅氟橡胶外表皮也会随之由笔直变为向内弯曲状，从而实现手爪的抓取动作。本发明还可根据工作环境的不同进行扩展，得到二指、三指、四指、六指以及多指柔性机械手爪。

技术领域

本发明属于流体传动与控制领域，涉及一种以纯水为工作介质的机械手爪，尤其涉及一种水压驱动的三指柔性机械手爪，并且可以根据工作环境扩展成二指、三指、四指以及多指机械手爪。

背景技术

传统机械手爪的研究以刚性结构为主，在工业、医疗和特种等诸多领域已经有了广泛的积累和应用。但其结构复杂、灵活度有限、安全性和适应性较差，在一些特殊的应用中，如复杂易碎物体抓持、人机交互和狭窄空间作业等具有极大的挑战。近期，随着3D打印技术和新型智能材料的发展，对机械手爪系统的研究有了突破性的进展并衍生出一门新的学科——柔性机械手爪。柔性机械手爪本体采用软材料或柔性材料加工而成，可连续变形，从原理上具有无限自由度，自身良好的安全性和柔顺性弥补了刚性机械手的不足。

现阶段柔性机械手爪的研究主要是以传统气动驱动为主，以超弹性硅胶材料作为本体材料，结合最新的3D打印技术的研究，这类机器人多事气动驱动，承压小，变形大。但是柔性机械手爪的发展同时也面临着很多困难，由于柔性机械手爪都是气体驱动，系统必须设计成闭式循环结构并配置压力补偿器，随着水深的增加，补偿器需要承受的背压越高，造成系统越发笨重复杂，由于气体驱动的柔性机械手爪承压小，无法在深海工作，所以现阶段急需提出一种以水作为工作介质的柔性机械手爪。水液压驱动的柔性机械手爪以纯水作为工作介质，利用水压泵直接从周边水域吸入水，系统做完功后又直接排回至周边环境，无需考虑封装、压力补偿等问题，系统配置简单，不污染环境，因此适合在水下尤其是大深度海洋环境中应用。

发明内容

本发明提供一种水压驱动的柔性机械手爪，避免气压驱动的柔性机械手爪需要压力补偿装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水压驱动的柔性机械手爪，该机械手爪由手爪机械构件与液压驱动系统两部分组成。手爪机械构件包括压盘(1)、压座(2)、软体驱动器(3,4,5)和内六角圆柱螺钉(6,7,8)；液压驱动系统包括水压柱塞泵(10)、潜水电机(11)、过滤器(12)、水压溢流阀(13)、压力表(14)、水压高频电磁开关阀(15,16)、压力传感器(18)、程序控制器(19)和工控机(20)。

软体驱动器(3,4,5)的末端设有多个软体驱动器末端凹糟(34)，中部设有多个软体驱动器中部凹槽(32)；软体驱动器(3,4,5)上设有软体驱动器顶部凸台(35)。软体驱动器(3,4,5)由V型内骨架(9)和外表皮组成，V型内骨架(9)由外表皮包裹；V型内骨架(9)的顶部设有V型内骨架顶部凸台(36)。软体驱动器中部凹槽(32)和软体驱动器末端凹糟(34)用以增大抓取物体的摩擦力，同时，能够增加软体驱动器(3,4,5)的弯曲程度。

高压水从压盘(1)的入口进入内部通道，内部通道为三通式结构，三通式结构分别通向三个软体驱动器，保证高压水能够同时流入三个软体驱动器(3,4,5)的内部，驱动手爪机械构件进行工作。压座(2)上设有三个凹槽，软体驱动器顶部凸台(35)与压座(2)上的凹槽配合并通过内六角圆柱螺钉(6,7,8)将压盘(1)、压座(2)连接；V型内骨架顶部凸台(36)与软体驱动器顶部凸台(35)上的凹槽配合，配合处采用O型圈(31)进行密封。高压水从压盘(1)的内部通道流入软体驱动器(3,4,5)中的V型内骨架(9)后，V型内骨架(9)由弯曲变直，软体驱动器(3,4,5)在水压作用下发生弯曲变形，实现手爪的抓取动作。