[发明专利]一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器

权利要求书

1.一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，包括主体板、连接在主体板下方的至少两个抓取链，多个所述抓取链将主体板下方的待抓取物体四周包覆，以便于抓取，所述抓取链包括刚性基板、用于包覆在物体四周的柔性层、刚性小刺、气囊和气泵，多个所述刚性基板首尾连接形成一排，相邻刚性基板之间铰接连接，所述刚性基板的外侧的顶部和底部分别设置有向外延伸的卡板，所述卡板与刚性基板之间形成锐角，所述柔性层为柔性材质制成，所述柔性层连接在刚性基板的内侧，以朝向待抓取物体，多个所述刚性小刺相互间隔地分布在柔性层的内侧，所述刚性小刺设置为斜向上的方向且与柔性层的底端至顶端的延伸方向之间具有锐角的夹角，所述气囊和气泵相连通，所述气囊设置在相邻刚性基板的相邻卡板之间；抓取物体时，通过气泵向气囊内泵入气体，使得气囊膨胀而挤压相邻刚性基板的卡板，这样，刚性基板逐渐向内反转，使得整个抓取链向内合拢包裹待抓取物体，所述刚性小刺挤压在待抓取物体表面；释放物体时，通过气泵将气囊内气体抽出，使得气囊收缩而释放相邻刚性基板的卡板，这样，刚性基板逐渐向外转动，使得整个抓取链向外张开释放物体；

抓取时，第i个刚性小刺的刺尖与接触面法向的自然夹角α_i满足：

其中，界面摩擦系数为μ，相应的摩擦自锁角为β，第i个刚性小刺的刺尖与铰接点C_i之间的距离为a。

2.根据权利要求1所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，当气囊施加在卡板上的压力和待抓取物体的法向反力平衡时，所述抓取链停止合拢和转动，此时，所述刚性小刺在柔性层内侧发生偏转，多个刚性小刺相互协调并与待抓取物体表面接触达到力矩平衡的稳定状态。

3.根据权利要求2所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述柔性层为硅胶材质制成的柔性硅胶层。

4.根据权利要求2所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述刚性小刺为设置在柔性层内侧的碳纤维小刺。

5.根据权利要求2所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述刚柔结合抓取器还包括气囊通道，所述气囊通道为连接在气囊之间的通气管，通过气囊通道向多个气囊同时注入气体。

6.根据权利要求2所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述主体板的底部设置有多个呈辐射状的导轨，位于抓取链顶端的刚性基板连接至导轨，使得上述刚性基板相对于主体板沿导轨可移动。

7.根据权利要求1所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述刚柔结合抓取器还包括手柄，所述手柄连接在主体板的顶部，以便于工作人员握住手柄进行操作。

8.根据权利要求1所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述刚性基板采用金属材质或非金属材质制成，采用金属材质时，所述刚性基板为刚性金属基板。

9.根据权利要求1所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述气囊使用电机替代，所述电机安装在相邻刚性基板的铰接处，所述刚性基板外侧设置为无卡板的结构。

10.根据权利要求1所述的一种大范围调控摩擦力的刚柔结合抓取器，其特征在于，所述刚柔结合抓取器的抓取过程包括：

S1、贴附过程，向气囊内通入气体，气囊驱动刚性基板发生转动，多个刚性基板逐渐向内合拢，柔性层包裹在待抓取物体的表面，刚性小刺接触在待抓取物体的表面；

S2、机械锁合过程，在抓取力作用下，相邻刚性基板和柔性层相互作用而产生朝向物体的法向力，同时物体与刚性小刺产生相对滑移，产生界面摩擦力，柔性层在力的作用下发生变形，刚性小刺与物体表面接触达到平衡状态；

S3、释放物体过程，气囊内气体释放，刚性基板转动使得抓取力减小至0，柔性层恢复形变，刚性基板和柔性层向外转动，使得整个抓取链张开，待抓取物体完全释放。