[发明专利]一种仿生花瓣结构的双稳态柔性机器抓手及其制作方法

说明书

本发明公开了一种仿生花瓣结构的双稳态柔性机器抓手及其制作方法，一种仿生花瓣结构的双稳态柔性机器抓手包括基座、具有双稳态特性的抓取单元，所述抓取单元设置为仿生花瓣结构，所述抓取单元固定在基座四周，所述抓取单元上固定有驱动单元，所述驱动单元包括用于驱动抓取单元向靠近抓手中央一侧变形的抓取驱动单元、用于驱动抓取单元向远离抓手中央一侧变形的释放驱动单元。本发明提供一种双稳态柔性机器及其制作方法，具有抓取能力强、响应速度快、结构简单、具有较高的隐蔽性、制作方便，可在无外力作用下保持抓取能力、能源消耗低，且还具有较好的柔顺性、能适应复杂不规则、可变性的物体。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种仿生花瓣结构的双稳态柔性机器抓手及其制作方法。

背景技术

柔性机器人是当今机器人技术的新兴热点和未来发展前沿，机器人顺应时代发展的需求得到了前所未有的发展。其中仿生机器人由于拥有与动植物相似的外形和类似的变形机理在勘察抓捕方面有更大的优势，因此仿生机器人的结构设计成为了非常重要的环节。其中，根据软材料和柔性驱动设计的仿生柔性抓手具有良好的适应性和灵敏性，对于复杂不规则物体的抓捕具有良好的应用前景。现有技术中，一般仿人手的机器抓手通常由多个气动致动器组成，在抓取物体过程中需要持续的气压供应，能源消耗较高、结构复杂且刚度较差。另外，一些仿植物结构的机器抓手一般由软材料或复合材料制成，其抓取力较小、自由度较少且响应速度较慢。

例如，在中国专利文献上公开的“一种柔性仿生抓手”，其公告号CN108942994A，包括支撑轴和从上而下设置于支撑轴上的驱动单元和转动关节组件，其中：转动关节组件的末端设置有复合仿生爪；驱动单元包括：电机装置、丝杆、动平台和定平台；转动关节组件包括：若干条活动连接的支链；复合仿生爪包括：三角基体、短杆片和倒须平面膜。该发明结构复杂，抓取过程需要持续气压供应，能源消耗大，响应速度较慢。

发明内容

本发明是为了克服现有的机器抓手具有能源消耗较高、结构复杂等问题，提供一种双稳态柔性机器及其制作方法，具有抓取能力强、响应速度快、结构简单、具有较高的隐蔽性、制作方便，可在无外力作用下保持抓取能力、能源消耗低，且还具有较好的柔顺性、能适应复杂不规则、可变性的物体。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种仿生花瓣结构的双稳态柔性机器抓手，包括基座、具有双稳态特性的抓取单元，所述抓取单元设置为仿生花瓣结构，所述抓取单元固定在基座四周，所述抓取单元上固定有驱动单元，所述驱动单元包括用于驱动抓取单元向靠近抓手中央一侧变形的抓取驱动单元、用于驱动抓取单元向远离抓手中央一侧变形的释放驱动单元。

在上述技术方案中，抓取单元固定在基座四周，驱动单元用于控制抓取单元的抓取和释放动作，通过抓取单元朝向靠近抓手中央一侧变形实现对物体的抓取动作，在进行抓取动作时，通过抓取驱动单元对抓取单元施加了一个驱动力，从而使抓取单元弯曲变形，而抓取单元具有双稳态特性，在发生稳态转变后无需外力维持，因此无需抓取驱动单元持续提供外力，抓取单元仍能保持弯曲状态，即在无外力状态下保持一定的抓取能力，降低了能源消耗。另外，在待抓取的物品较重时，依靠抓取单元的稳态特性无法完成抓取任务时，也可以通过抓取驱动单元持续提供外力来辅助完成抓取任务，抓取能力强。在完成释放物品时，通过释放驱动单元提供抓取单元向远离抓手中央一侧变形，完成抓手的释放作用。在此过程中，只需要抓取驱动单元和释放驱动单元为抓取单元提供一个突变力，就可以使抓取单元从一个稳态向另一个稳态变形，响应速度快，且结构简单。此外，抓取单元由于具有双稳态特性，因此能表现出良好的柔顺性，能适应复杂不规则、可变性的物体；此外，抓取单元设置为仿生花瓣结构使抓手在弯曲后形成花苞状，便于对物体进行包裹式抓取，提高抓取能力，同时仿花瓣结构具有较高的隐蔽性，适用于特殊场合的勘察、抓捕作业。

作为优选，所述驱动单元设置在抓取单元远离抓手中央的外侧上，所述抓取驱动单元轴向固定在抓取单元外侧，所述释放驱动单元径向固定在抓取单元外侧。