[发明专利]一种可变刚度气动软体抓手

说明书

本发明公开了一种可变刚度气动软体抓手，设计为中心对称的三指柔性结构体，包括有气动软体抓手支撑、气动软体抓手本体、限制层、导气管、气道、上下电极膜片、变刚度模块和外辅助装置；气动软体抓手支撑连接软体抓手本体和外辅助装置，以固定其位置；气动软体抓手本体在自由状态下垂直向下；气道由外界通过充气或放气驱动气动软体抓手的弯曲伸展，与目标物体紧密贴合完成抓取；变刚度模块贴附在气动软体抓手本体的内表面，受上下电极膜片产生的电场作用实现变刚度。该设计是一种利用变刚度模块与物体间的紧密贴合以及柔性机械夹持力来夹持各种复杂形状物体的气动软体抓手，解决包覆式抓取、平面物体抓取等问题，对各种复杂形状的物体实现抓取。

技术领域

本发明涉及软体抓手领域，尤其涉及一种可变刚度气动软体抓手，通过充气或放气提供气体驱动控制软体抓手的闭合与弯曲伸展，通过外加电场作用改变巨电流变液GERF的流变特性，实现对目标物体的变刚度抓取。

背景技术

传统机器人的研究以刚性结构为主，在工业、医疗和特种等诸多领域已经有了广泛的积累和应用。但其结构复杂、灵活度有限、安全性和适应性较差，在一些特殊的应用中，如复杂易碎物体抓持、人机交互和狭窄空间作业等具有极大的挑战。

近年来，随着3D打印技术和新型智能材料的发展，应用软材料设计制造的软体抓持器引起了国内外学者和机构的广泛关注，并受到了持续的研究。软体气动抓持器作为应用最为广泛的一种软体抓持器，已经成为软体抓持器领域内最主要的应用对象之一，气动软体抓持器是由一个或多个气动执行单元组成，气动执行单元的特性决定了抓持器的性能。当前，气动执行单元，制作工艺日渐成熟，但它们的工作特性引起了一些问题，如它们在启动和停止时，由于材料自身的特性导致无法避免的振动，当进行微尺寸的装配工作时，这些振动将影响抓持器的工作效果；又如，由于制作材料的柔性，在负载较大的情况下，易产生松脱，导致其自身的负载能力有限，无法胜任负载较大的场合。

因此，为解决以上问题，需要一种可变刚度气动软体抓手，基于智能材料巨电流变液相变实现变刚度，增强气动软体抓手的抓取稳定性和抓取强度，扩大气动软体抓手的适用范围。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是设计一种以巨电流变液实现变刚度、以柔性机械夹持手指来稳定夹持各种形状物体的软体气动机械手，解决柔性抓取、刚性抓取及其自由转化等问题，提高末端执行器的目标物体抓取多样性、抓取稳定性，扩大软体抓手应用范围，使之通用性更强、容差性更大、灵活性更好。通过向手指空腔充气或放气，控制空腔内气压变换，从而实现手指根据不同抓取物体表内自适应地弯曲程度姿态变化。通过控制电路参数-输入电压值，从而实现对巨电流变液固液形态的转化，进而达到提升抓取稳定性的目的。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的可变刚度启动软体抓手，设计为一个手指型柔性结构体，包括抓手支撑、软体抓手本体、限制层、导气管、气道、变刚度模块和外辅助装置；所述气动软体抓手支撑连接软体抓手本体和外辅助装置，以固定其位置；所述气动软体抓手本体在自由状态下垂直向下；所述气道由外界通过充气或放气驱动气动软体抓手的弯曲伸展，与目标物体紧密贴合完成抓取；所述变刚度模块贴附在气动软体抓手本体的内表面(抓取面)，受上下电极膜片产生的电场作用实现变刚度。

进一步，所述气动软体抓手本体包括采用硅胶浇注固化成型的手指体、形成于所述手指体内的气道。

进一步，所述指体内形成有一个配合气体驱动弯曲变形的梳齿形气道，所述气道形状分布均匀。

进一步，所述软体手指体内有可限制气动软体抓手在气体驱动下变形方向的限制层，所述限制层位于软体手指体内靠近弯曲的内表面，所述限制层完全覆盖手指体内气道大小。

进一步，所述软体抓手本体还包括设置于手指体内侧抓取面上的变刚度模块。