[发明专利]一种全柔性仿生气动式机械手

说明书

一种全柔性仿生气动式机械手，由至少一个机械手单元构成，每个所述的机械手单元均包括仿生执行系统和驱动系统，仿生执行系统包括一根由柔性材料制成的波纹管结构的圆柱外壳以及至少三根由柔性材料制成的波纹管结构的气腔，圆柱外壳整体呈象鼻结构，气腔的外形为中空周期变径回转体，多根气腔平行布置于圆柱外壳内，圆柱外壳和气腔都一端封闭另一端开口，气腔的封闭端Ⅱ外壁与圆柱外壳的封闭端Ⅰ内璧粘接在一起，除粘接处外，气腔与圆柱外壳、气腔与气腔之间在初始状态均不相接触；驱动系统包括气动驱动器，气动驱动器具有多个充气管道，充气管道分别与气腔的开口端Ⅱ及圆柱外壳的开口端Ⅰ相连。本发明抓取能力腔，使用灵活，结构简单，易于操作。

技术领域

本发明涉及一种气动式机械手，尤其是一种全柔性仿生气动式机械手，属于机器人设计领域。

背景技术

传统机器人虽已广泛应用于工业、医学、建筑业等领域，但仍存在电机驱动惯性大、运动笨重以及刚体与全柔性互动很难控制等一些无法克服的技术难题。这些缺点限制了传统机器人应用范围，如易碎物品的抓取、水下作业、狭窄空间等等。

随着计算机技术、控制技术、人工智能技术的不断发展，机器人在智能制造、医疗技术、航空航天等领域扮演者越来越重要的角色，智能机器人正朝着自然交互、仿生技术、人机协同的方向飞速发展。

近年来，随着仿生技术与智能材料的兴起，科学家们使用柔性智能材料，模仿生物结构和基于生物运动原理研发出全柔性机器人。通过改变原有的形状和尺寸实现爬行、扭转，在非结构化环境下具有广泛的应用前景，弥补了传统机器人在狭窄空间运动受限等方面的不足。

抓取操作是机器人执行各种复杂任务所必须具备的重要能力。全柔性机械手驱动方式主要分为两种：智能材料驱动和气动驱动。其中，气动驱动的全柔性机械手主要结合3D打印技术打印驱动器模具，注入超弹性硅胶材料制成全柔性机器人驱动器，通过施加气压使驱动器变形。相比于智能材料驱动的全柔性机械手，气动驱动的全柔性机械手变形更大、相应更快、运动更加灵活，适用于更广泛的场景。

已知的一种多自由度气动柔性机械手。包括多自由度柔性执行器、圆形底座和密封底座，圆形底座沿周向等间隔设有三个固定端，每个固定端开有三个气管通孔和一个导线放置孔，每个固定端端口向外延伸形成凸缘，密封底座嵌装于凸缘内，每个固定端通过密封底座安装有多自由度柔性执行器，多自由度柔性执行器内部设有三个气道，三个气道中间设有柱形空腔；密封底座的三个进气道分别插入三个气道，密封底座的柱形座插入柱形空腔；多自由度柔性执行器内部安装有两个通过弯曲导线相连的惯性传感器。该多自由度气动柔性机械手，结构紧凑，多充气组件充气时可进行多个自由度的指定角度弯曲操作，解决了传统气动执行器无法进行多自由度操作与角度反馈的问题。此一种多自由度气动柔性机械手存在以下不足：

一、结构较复杂，涉及多个刚性连接部件，且气道仅在靠近外表面的一侧设置了增大拉伸面积的梯形弯曲结构，导致对于每个气道，充气只能提供一个方向的力，从而大大限制了“多自由度柔性执行器”的自由度。