[发明专利]一种基于楔形刚毛束的变刚度末端执行器

说明书

本发明公开一种基于楔形刚毛束的变刚度末端执行器，涉及软体末端执行器技术领域，包括楔形刚毛束单元、切向加载脱附单元、变刚度单元和外框单元；外框单元包括外框，外框的顶部用于连接外连机构；变刚度单元包括连接块和软袋，连接块连接有驱动装置，驱动装置安装于外框内，软袋安装于连接块上，软袋内填充有颗粒物；连接块上设置气管接头，气管接头与软袋连通，用于使软袋内产生负压；切向加载脱附单元包括拉伸弹簧，拉伸弹簧的一端与外框连接，另一端与连接块连接；楔形刚毛束单元包括楔形刚毛束，楔形刚毛束安装于软袋上，楔形刚毛束用于接触并粘附目标物。本发明增加楔形刚毛束的接触面积，实现对楔形刚毛束稳定的切向加载、卸载。

技术领域

本发明涉及软体末端执行器技术领域，特别是涉及一种基于楔形刚毛束的变刚度末端执行器。

背景技术

随着集成电路产业的不断发展，越来越多的柔性、刚性电路板，晶圆等应用在电子设备上，其具有厚度薄、表面光滑、重量轻等特点，一些传统的拾取方法存在局限性，如真空吸附时吸盘与目标物接触区域不能有孔，静电吸附时高压电可能损伤电气元件等，近年来基于仿生壁虎脚掌刚毛的干黏附操作发展迅速，其中楔形刚毛束由于结构上呈异形结构，具有出众的可控形，能迅速切换黏附及脱附的状态，并且使用硅胶材料，接触时不会损伤目标物，因此适合运用在集成电路产业的黏附操作领域。

传统的导轨滑块式切向驱动，通过驱动在导轨上的滑块产生纯切向位移带动楔形刚毛束受力弯曲，以实现加载过程，但这种方法无法保证对称分布的刚毛束在同一平面上的平面度，出现单个或两个单元中部分刚毛束接触不上目标物、两个单元接触面积不对称等问题，使部分区域加载失效，进而使整个系统失效。因此，传统的导轨滑块式切向驱动技术存在稳定性差、不能保证接触面积等问题，难以提供可靠加载、易产生黏附失效。

因此，如何能在将切向载荷均匀传递的同时增大刚毛束与目标物的接触面积，是本发明专利的研究目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于楔形刚毛束的变刚度末端执行器，以解决现有技术所存在的上述问题，增加楔形刚毛束的接触面积，实现对楔形刚毛束稳定的切向加载、卸载。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于楔形刚毛束的变刚度末端执行器，包括：楔形刚毛束单元、切向加载脱附单元、变刚度单元和外框单元；所述外框单元包括外框，所述外框的顶部用于连接外连机构；所述变刚度单元包括连接块和软袋，所述连接块连接有驱动装置，所述驱动装置安装于所述外框内，用于带动所述连接块移动，所述软袋安装于所述连接块上，所述软袋内填充有颗粒物；所述连接块上还连接有气管接头，所述气管接头与所述软袋连通，用于使所述软袋内产生负压；所述切向加载脱附单元包括拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的一端与所述外框连接，另一端与所述连接块连接；所述楔形刚毛束单元包括楔形刚毛束，所述楔形刚毛束安装于所述软袋上，所述楔形刚毛束用于接触并粘附目标物。

优选的，所述楔形刚毛束单元、所述切向加载脱附单元以及所述变刚度单元均对应设置有两组；每组所述变刚度单元的所述连接块上均安装有一个所述气管接头，两组所述变刚度单元的所述连接块均与所述驱动装置连接。

优选的，所述软袋为所述楔形刚毛束切向加载时的切向力传递层；

所述软袋未负压时，为柔性状态，通过所述外连机构带动所述外框下压，两个所述楔形刚毛束单元部分接触目标物；

之后继续下压，通过压力改变所述软袋内填充的所述颗粒物之间的相对位置，以自主调节所述楔形刚毛束与目标物之间的相对位置，增大所述楔形刚毛束与目标物的接触面积，使所述楔形刚毛束与目标物表面对齐，保证接触面积；

所述软袋负压时，所述颗粒物之间的气体被抽走，所述软袋变为刚性状态，通过所述拉伸弹簧拉动所述连接块，所述连接块带动刚性的所述软袋，使切向载荷均匀传递到所述楔形刚毛束，完成变刚度末端执行器的加载。