[发明专利]热膨胀流体复合异形腔体驱动型机器人软体手

说明书

本发明公开了几种不同类型的热膨胀流体复合异形腔体驱动型机器人软体手，均包括：若干个热膨胀流体复合异形腔体驱动型机器人软体手指、热膨胀流体复合异形腔体驱动型机器人手掌；其中，热膨胀流体复合异形腔体驱动型机器人软体手指采用热膨胀流体与形状记忆合金复合异形腔体单侧驱动器、热膨胀流体与电控加热材料复合异形腔体单侧驱动器、热膨胀流体与形状记忆合金复合异形腔体双侧驱动器、热膨胀流体与电控加热材料复合异形腔体双侧驱动器。本发明采用热膨胀流体复合异形腔体的热膨胀变形驱动与形状记忆合金的变形驱动相结合，具有协同叠加双重驱动的增强效果。

技术领域

本发明属于人工智能、机器人及机器人末端执行器领域，更具体地涉及一种热膨胀流体复合异形腔体驱动型机器人软体手。

背景技术

机器人与人工智能技术得到了快速发展，机器人与人工智能技术的应用已经从工业领域逐渐延伸到农业、康复医疗、娱乐服务业等领域中，因此人们希望机器人的末端执行器能够更加灵活，更能适用各种多变的操作对象，并对机器人驱动系统也相应地有更高的要求。无论是工业机器人、农业机器人，还是康复机器人，其末端执行器往往是直接接触物件的重要执行部件，其结构和驱动控制的灵活性、可控性直接关系到整体机器人的工作效果。目前，在机器人末端执行器(机械手)的设计过程当中，模拟人手的结构与功能，设计出具有多手指、多关节的多自由度灵巧手。在机械手驱动控制系统方面，传统的驱动控制技术是以电机驱动的方式控制机械手，其具有简单、易实现、驱动控制精度较高的优点，使其应用于传统机器人的驱动控制中。但是，电机驱动刚性结构的控制方式存在的缺点为：运动形式较单一、缺乏灵活性，这些问题限制了机器人灵巧手的进一步应用，使其无法在工农业生产过程中胜任更复杂、更精密的工作。

作为机器人与目标物体相互作用的最后环节的执行部件，末端执行器对于机器人智能化水平和作业水平的提高具有重要意义。传统的机器人末端执行器结构较简单、运动形式也较单一、自由度偏少、抓取稳定性较差、灵活性显得不足，很大程度上制约了机器人技术及应用的进一步发展。人们希望开发出具有更好的适应性、灵活性和可控性的机器人灵巧手，希望可以实现更稳定可靠的抓、握、夹等复杂灵活的动作，这将在航空航天、深海探测、医疗康复、远程操作、助残服务等领域具有更广阔的应用前景。目前国内外所研制的机器人灵巧手一般以刚性的机械结构为主，此类结构的灵巧手均以高刚度、高硬度的金属或聚合材料制作其手掌和手指结构，以电机、钢索、滑轮等作为驱动和传动元件，每个单独的刚性手指便构成一个串联机器人。刚性结构的灵巧手由于其手指结构的典型性而易于建模，但其刚性的手指对目标物体(尤其是柔软、脆嫩、形态复杂物品)操作安全性较差，自由度有限，对工作空间受限的环境适应能力不强，对稳定可靠抓取复杂形态物体的能力不够强。在机器人灵巧手的结构中也有一部分采用腱传动技术，然而腱传动也存在一些劣势，如腱缠绕方式需要有科学的路径规划，如不然将会导致不可控，或者增加额外的控制力矩，控制耦合作用的出现也会增加控制的难度。腱传动在控制灵巧手指关节运动之前需要对腱自身进行预紧，否则在腱自然状态下，难以对关节进行及时的控制。因此，腱的材料特性，路径规划等问题也需要进一步开展深入研究。

与刚性机器人相比,机器人软体手具有许多优点，如：整体化设计和加工、免装配，无间隙和无摩擦,无需润滑，能无损接触并抓取柔软、易碎或形态复杂的物品；因此,机器人软体手在一些特殊应用领域具有广阔的发展前景。

当前，如何进一步克服传统机器人末端执行器存在的系列缺陷，如何进一步优化提高机器人末端执行器的工作能力，如何进一步优化提高机器人末端执行器抓取柔软易碎或复杂形态物品的能力，这些有待人们进一步探讨解决。

发明内容

针对当前在传统机器人末端执行器存在的系列缺陷，本发明提供了四种类型的热膨胀流体复合异形腔体驱动型机器人软体手，以达到优化提高机器人末端执行器的性能指标。