[实用新型]一种自适应可变刚度软体手抓

说明书

本专利公开了自适应可变刚度的软体手抓结构，包括固定卡盘和多个执行部件。固定卡盘包含用于布置执行部件的环形腔室和放置颗粒的中间腔室；中间腔室上端留有一个中间通气孔，内部布满颗粒状物品，下腔壁由柔性软材料制成。执行部件包括弯曲单元和刚度调节单元，弯曲单元是呈半圆柱状的柔性中空结构，内外两侧材料硬度不同，上方留有一个弯度通气孔，外围按一定角度缠绕的不可拉伸纤维。刚度调节单元上端是一个呈半圆柱状柔性中空结构，上方留有一个刚度通气孔，下端是一个半球体的腔室，两个空腔连通，内部布满颗粒状物品。执行部件通过中空弯度通气螺钉和固定通气螺钉与固定卡盘连接。本专利可实现手抓刚、柔的转换，提高软体手抓夹紧力。

技术领域

本专利属于软体机器人技术领域，具体而言涉及能够“刚”、“柔”转换的可变刚度软体手抓。

背景技术

随着机器人技术不断向高速度、高精度和轻量化发展, 以及打印技术和新型软材料的不断成熟，人们对软体机器人进行了广泛的研究。软体机器人由柔韧性材料制成，具有无限多自由度和连续变形能力，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸，在医疗服务、勘探勘测、救灾救援等领域都有着广阔的应用前景。

最近几年，研究人员主要将软体机器人技术应用到人机交互、医疗康复以及手抓中，取得了较为显著的成果。2013 年，柏林工业大学 Raphael Deimel等人利用硅橡胶和聚合物纤维研制了一款气体驱动的船型柔性手，手指采用船型通腔结构，外面用纤维缠绕，通过在一侧加入被动层限制而一侧拉伸实现弯曲。柔性手加入了拇指和手掌对弯自由度，手掌由两片弯曲单元构成，从而可以和拇指实现指尖对指尖的接触。该柔性手安全简单，易于制造，可以实现 31 到 33 种抓取姿态，可以抓取 500g 左右的物体。

2014 年上海交通大学的邓韬等研制了面向心脏微创手术的软体机器臂。该软体机械臂模仿象鼻结构，采用柔软医用硅胶材料，通过绳线驱动特定的部位，实现软体趋向目标并且避开障碍物的目的。

软体机器人是机器人技术研究的全新方向，它弥补了传统机器人在某些功能上的缺陷，在很多方面都有其用武之地，未来发展的前景也很好。

但是，在仿人手软体手抓方面，现有技术仍然难以满足需要。

专利内容

本专利的目的是提供一种能够实现 “刚”、“柔”的转换，可提高手抓的夹紧力，有效的抓取物品的自适应可变刚度软体手抓。

本发明所述的自适应可变刚度软体手抓，包括固定卡盘和多个执行部件，固定卡盘的中部具有一个中间腔室，所述中间腔室的上腔壁留有一个中间通气孔，下腔壁由软材料制成，内部放置颗粒状物品；在中间腔室的周边设置有多个执行部件，每个执行部件由弯曲单元和刚度调节单元构成；所述刚度调节单元是一个中空结构，上端是一个呈半圆柱状的柔性中空结构，下端是一个半球体的腔室，且两端连通，内置颗粒状物品，上端上方留有一个刚度通气孔；所述弯曲单元是一个半圆柱状柔性中空结构，上端留有一个弯度通气孔，外侧包围着按一定角度缠绕的不可拉伸纤维；弯曲单元中的弧形部分的材料硬度小于平面部分的材料硬度；弯曲单元中的平面部分与刚度调节单元中半圆柱状柔性中空结构的平面部分固定相连；以固定卡盘的中部为中心，沿着径向方向，刚度调节单元中半圆柱状柔性中空结构在弯曲单元的外侧。

上述的自适应可变刚度软体手抓，下腔壁由橡胶或硅胶材料制成。

上述的自适应可变刚度软体手抓，在固定卡盘上位于中间腔室的外周是环形腔室，各执行部件的上部伸入环形腔室。

上述的自适应可变刚度软体手抓，在固定卡盘上设置中空的、分别与中间通气孔、刚度通气孔、弯度通气孔相通的中间通气螺钉、刚度通气螺钉、弯度通气螺钉；刚度通气螺钉、弯度通气螺钉把执行部件与固定卡盘固定相连。

上述的自适应可变刚度软体手抓，颗粒状物品直径小于2mm。

本专利的有益效果：