[发明专利]用于强化软体刚度的填充颗粒及系列化的应用

说明书

本发明种用于强化软体刚度的填充颗粒及系列化的应用，属于填充技术领域；所述填充颗粒为两侧端面设置有凸台的圆盘结构，凸台为外周面成弧形的圆台结构，两个凸台相对于圆盘对称设置，并与圆盘同轴。通过简单的摩擦作用产生刚度的方式，变为可以在抽气增压时通过相互之间的支撑作用产生更大刚度；进一步，分别对圆盘端面形状、圆盘外周面形状及凸起形状尺寸进行调整，得到一系列用于强化软体刚度的填充颗粒，能够进一步提高了摩擦力、支撑强度等，产生更好的效果。本发明的填充颗粒，按照渐变的曲率进行过渡，逐渐从陀螺形状过渡到最终的球形，形成系列化产品。其中陀螺构型的颗粒具有多方面的优势。

技术领域

本发明属于填充技术领域，具体涉及一种用于强化软体刚度的填充颗粒及系列化的应用。

背景技术

颗粒材料多用于结构填充，因为球形颗粒的结构简单，制造方便，各种软体机器人多应用球形或者椭球形颗粒进行填充，并取得了一定的变刚度特性。

这些填充颗粒，主要因为制造方便，并有一定的变刚度能力，所以被采用。但是，球形颗粒的几何光滑，相互接触方式简单。颗粒间的相互作用只能通过球壁与球壁间的点接触，在加有侧力的条件下，容易达到最大静摩擦力，进而发生滑动。所以，球形颗粒的特点也就使得颗粒间的作用并不稳定，作用力不大。而对于软体机械臂，材料颗粒间的最大作用力，将直接影响机械臂的变刚度范围，作用力越强，机械臂就能拥有更大的变刚区间，就能为机械臂带来更多的适用空间。所以，利用球形颗粒的软体机械臂，难以发挥出大范围变刚度的能力，只能通过其它的方式改善软体的变刚度范围，这正是球形颗粒的最大限制。

现有技术中，主要采取球形颗粒来实现刚度调整，比如文献：(Y.Li,Y.Chen,Y.Yang and Y.Wei,Passive Particle Jamming and Its Stiffening of Soft RoboticGrippers,IEEE Transactions on Robotics,33446-455,2017.)比如如下专利也采取球形颗粒：[中国发明]CN201811170700.X一种基于颗粒阻塞的变刚度气动软体驱动器。现有填充物主要包括一些球形颗粒、粗咖啡粉末、玻璃珠等，比如文献：(V.Wall,R.Deimel andO.Brock,Selective stiffening of soft actuators based on jamming,2015IEEEInternational Conference on Robotics and Automation(ICRA),IEEE,2015,pp.252-257.)现有技术存在的问题主要有：1)颗粒之间的支撑力主要是靠摩擦力，容易滑动；2)咖啡粉末等容易在多次使用后，颗粒会变细，不够鲁棒。

因此，为了实现软体机械臂更大范围的变刚度能力，需要提出新型颗粒，在传统颗粒的基础之上，增多颗粒间的作用方式，改善作用力上限，在作为填充材料时，能够在高负载的条件下仍保持结构完整，不发生大的滑动等结构变形，进而改善软体机械臂的变刚度能力，提升软体机器人的适用范围。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于强化软体刚度的填充颗粒，为圆盘结构两侧端面上设置凸起的陀螺结构，通过简单的摩擦作用产生刚度的方式，变为可以在抽气增压时通过相互之间的支撑作用产生更大刚度；进一步，分别对圆盘端面形状、圆盘外周面形状及凸起形状尺寸进行调整，得到一系列用于强化软体刚度的填充颗粒，能够进一步提高了摩擦力、支撑强度等，产生更好的效果。

本发明的技术方案是：一种用于强化软体刚度的填充颗粒，其特征在于：所述填充颗粒为两侧端面设置有凸台的圆盘结构。

本发明的进一步技术方案是：所述凸台为外周面成弧形的圆台结构，两个凸台相对于圆盘对称设置，并与圆盘同轴。

本发明的进一步技术方案是：所述圆盘的外周面设置为齿轮状，和相邻填充颗粒能够相互锁死。