[发明专利]一种具有弓字形连续弯曲内腔的柔性机械手

说明书

一种具有弓字形连续弯曲内腔的柔性机械手，包括本体和附体，本体和附体可采用同种或异种柔性材料制成，制作附体时可在其内部布置不可延展的层状材料；所述本体的整体外形呈类弓字形，其内部设置有类弓字形的连续封闭空腔以及与外部驱动气源连通的通气口；附体和本体的底面固接在一起；工作时，驱动气源通过通气口对本体内部的封闭气腔进行充气或放气，从而实现本体在附体限制下的弯曲和伸展运动。本发明的类弓字形的整体设置和类弓字形的气腔设置可以有效提高机械手的动作速度和输出力，便于实现高速的可靠抓取功能。

技术领域

本发明涉及一种柔性机械手，具体涉及一种气体驱动的柔性机械手。

背景技术

在工业自动化领域，机械臂末端抓取动作主要由刚性机械手爪或真空吸盘完成。但刚性机械手爪，由于力度难以控制，很难对柔软、脆弱物体实现无损抓取。真空吸盘在搬运过程中难以适应表面粗糙、开孔的异形物体。这导致两者应用场景均存在局限性。柔性机械手包括柔性手指和固定座。柔性手指采用弹性材料，能够实现对柔软、脆弱物体的抓取而不会对物体本身产生损伤。

现有技术中，如“一种气动的软体抓持装置”(CN104959992B)和“一种柔性机械手”(CN107322620A)等专利文献，“软体机器人研究综述”(何斌，同济大学学报，2014)等所公开的，柔性手指一般包括手指底板和手指指面，手指底板和手指指面共同围成了驱动腔室，驱动腔室的内部形状如附图1所示，呈类梳子状设置。这种设置方式导致柔性手指变形速度较慢，且变形较大时容易在变形过程中产生较大幅度的晃动，强度不足，无法适应应用过程中快速抓取不同形状不同大小目标的问题。

另一方面，现有技术中柔性手指通常采用不同伸展性的双层材料层叠而成，驱动层采用可延展性高的材料，应变限制层采用可伸展性差的材料。加压时，由于驱动层产生的形变远大于应变限制层，宏观上将导致材料向应变限制层一侧弯曲运动。双层材料的结构带来两个问题，一是材料的融合比较费时，后期可靠性也不高，二是这种结构的性价比不高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一个柔性机械手解决快速抓取不同形状不同大小目标的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有弓字形连续弯曲内腔的柔性机械手，其特征在于：包括本体和附体，所述本体和附体采用软体材料制成，制作附体时在其内部设置不可延展的层状物质；所述本体的整体外形呈类弓字形，其内部设置有类弓字形连续封闭气腔以及与外部驱动气源连通的通气口；所述附体和本体的底面固接在一起；工作时，驱动气源通过通气口对本体内部的封闭气腔进行充气或放气，从而实现本体在附体限制下的弯曲和伸展运动。

作为本发明的进一步改进，包括本体和附体，所述本体和附体采用软体材料制成，制作附体材料的弹性模量大于制作本体材料的弹性模量，并可通过附体材料的弹性模量控制整个机械手的弯曲变形姿态及运动过程；所述本体的整体外形呈类弓字形，其内部设置有类弓字形连续封闭气腔以及与外部驱动气源连通的通气口；所述附体和本体的底面固接在一起；工作时，驱动气源通过通气口对本体内部的封闭气腔进行充气或放气，从而实现本体在附体限制下的弯曲和伸长耦合变形。

作为本发明的又进一步改进，所述不可延展的层状物质为纱布网或细密铁丝网或纸片或细密纤维网。

作为本发明的更进一步改进，所述的软体材料为硅胶或凝胶。

作为本发明的进一步改进，在所述附体中设置气腔以及与外部驱动气源连通的通气口，在所述气腔内放置微小型固态颗粒；用纱布等透气材料将微小型固态颗粒包裹成长条形，并根据需求布置封口位置将纱布沿长度方向分割成若干个单元，每个单元内容纳空气与微小型固态颗粒的混合物，单元之间可以通气但不可以通过微小型固态颗粒。

作为本发明的进一步改进，所述的微小型固态颗粒是米粒或咖啡豆或塑料球粒或大豆或绿豆或以上几种固态颗粒的混合物。