[发明专利]一种基于气动软体致动器的软体抓手及其制造方法

说明书

本发明提供一种基于气动软体致动器的软体抓手及其制造方法，包括底座及至少一个抓手指，所述抓手手指是气动软体致动器，所述气动软体致动器为螺线构型。该抓手只需一次脉冲输入即可实现展开变形，并可根据其自身特点逐步恢复螺旋状态。该抓手初始无需保持输入的气压，即能保持弯曲形状。这样即可避免浪费资源，并且能延长抓手的寿命。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，尤其涉及基于气驱动的软体致动器抓手的设计。

背景技术

气动软体致动器是一种新型的气驱动致动器，具有质轻、柔顺性好、响应迅速、抗压能力强、安全性高等优点。因而在连续型机械臂、软体手爪、辅助康复手套以及仿生鱼等研究方向应用广泛。气动软体致动器成为了软体机器人领域的重要研究对象之一。几种典型的气动软体致动器是：上世纪50年代，J.L.Mckibben发明的McKibben气动肌肉、Jamming-based致动器、Pneumatic-nets气动网格、纯扭转致动器以及不同类型的致动器的组合。现阶段，气动软体致动器具有如下结构特点：1)致动器的基体由弹性材料制成，内部留有气腔或气动网格。利用输入的高压气体作为驱动，可以实现收缩、伸长、弯曲、扭转等高柔顺、高冗余的复杂运动；2)致动器的初始构型多是直线拉伸型，截面是圆形、半圆形或矩形；3)现有的致动器多是通过保持输入气压不变来保持形状不变。

气动软体致动器有多种用途，用于设计抓手是其中一个重要用途之一。但已有文献中所设计的传统软体抓手只有保持输入的气压，才能保持弯曲形状。然而，这将浪费资源，减少抓手的寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提出一种基于气动软体致动器的软体抓手。

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于气动软体致动器的软体抓手，包括底座及至少一个抓手指，所述抓手手指是气动软体致动器，所述气动软体致动器为螺线构型，其极坐标方程式和笛卡尔坐标方程式的关系如下式所示：

其中φ角为螺线角度；r为螺线半径，不同螺线类型，r与φ之间的函数关系不同；x和y分别为相应的笛卡尔坐标系下坐标值。

在本发明的一些实施例中，还包括以下技术特征：

所述气动软体致动器为圆形、阿基米德螺线和对数螺线三种螺线中的一种，其中，阿基米德螺线的极坐标方程式为：

r＝R₀+C₀φ

其中，R0为螺线起点与极坐标原点的距离；C0为螺线半径r随螺线角度变化的速率；对于确定的螺线构型，螺线的极坐标方程表达式唯一，此时R0和C0均为常系数；

圆形为阿基米德螺线的一种，其极坐标方程式为：

r＝R₀+C₀φ，C₀＝0

对数螺线的极坐标方程式为：

致动器的基体由超弹性材料制作成形，基体内部有一个充气气腔。

基体横截面与气腔横截面是如下形状中的一种：圆形截面、半圆形截面、方形截面、矩形截面。

利用输入的气压作为驱动，实现展开运动；气压越大其曲率越小，曲率减小到0之后可以实现负曲率展开运动。

基体外侧粘贴有应变限制层，用于限制轴向的伸展运动并且增强展开运动。

基体末端密封阻塞头用于堵塞气腔，防止漏气。

制造致动器基体的材料包括如下材料之一：树脂材料、橡胶材料、硅胶材料等，硬度小于等于50A；螺线型致动器的外侧应变限制层由弹性材料制作。