[发明专利]一种利用线干扰变刚度技术的高负载软体手臂的制作方法

说明书

本发明提供了一种利用线干扰变刚度技术的高负载软体手臂，包括：手臂基体，其包括至少软质封闭腔体管，所有封闭腔体管环绕一轴线分布且集成一体，每一封闭腔体管管壁内部缠绕有约束径向膨胀的纤维缠绕层、且一端设有气孔；包围手臂基体外壁的软质外壁层，外壁层与手臂基体外壁之间形成封闭的间隔空间，且外壁层设有与间隔空间连通的气管；以及设置于间隔空间内部的线干扰变刚度层，线干扰变刚度层由围绕手臂基体外壁设置的纤维线构成。本发明的有益效果：实现360°空间全方位运动，充分发挥无限自由度的潜能；另外可调整手臂的刚度，提高负载能力，具有良好的顺应性和扭转特性，完美适配于需要多方向、多自由度弯曲的手臂。

技术领域

本发明涉及仿生软体手臂技术领域，尤其涉及一种利用线干扰变刚度技术的高负载软体手臂及制作方法。

背景技术

手臂为人类扩展运动空间，实现灵巧操作提供了可能。一款性能优良的仿人机械手臂，可代替人类在全空间操作，对人类生活的改变起到巨大的推动作用。区别于传统意义上的由刚性部件构成的刚性手臂，其存在自由度少、人机交互不安全等弊端；基于硅胶材料制作的气动软体手臂，具有灵活度高、柔顺性好、可到达工作区域内的任意位置等优点，发展前景十分乐观，受到全世界科研机构和学者们的广泛关注。

然而不足的是，由于气动软体手臂采用硅橡胶等柔性材料制成，致使软体手臂存在刚度较低，负载能力较弱的缺陷，在抓取大质量物体时往往面临巨大挑战。因此，在不破坏软体手臂柔顺性和多自由度等特性的情况下，利用新型变刚度技术，实现一款可承受高负载的气动软体手臂具有极强的实用价值和重要研究意义。

目前关于软体仿人手臂的研究主要有：申请号为202010007274.9的中国发明专利申请公开了一种多自由度变刚度仿生象鼻软体手臂，该装置将三段具有弯曲功能的结构组合在一起，形成多自由度软体手臂，并利用形状记忆合金丝调控手臂的刚度。然而一方面形状记忆合金丝是温控元件，在加热及冷却过程中耗时较长，无法做到实时变刚度；另一方面该装置是靠三段弯曲结构串联组合后实现多自由度，存在结构冗余、长度较长等问题。又如申请号为201721111685.2的中国实用新型专利申请公开了一种内置堵塞机构的变刚度软体手臂，该装置通过抽取堵塞机构中的空气形成负压，致使堵塞机构中的小球颗粒挤压紧实，进而完成刚度变化，但内置的堵塞机构会制约软体手臂的柔顺性。

因此，目前已有的变刚度软体手臂或多或少存在自由度不足、变刚度所需时间较长、柔顺性被制约等实际问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有软体手臂存在刚度较低，负载能力较弱的缺陷问题，本发明的实施例提供了一种利用线干扰变刚度技术的高负载软体手臂及制作方法。

本发明的实施例提供一种利用线干扰变刚度技术的高负载软体手臂，包括：

手臂基体，其包括至少三软质封闭腔体管，所有封闭腔体管环绕一轴线分布且集成一体，每一所述封闭腔体管管壁内部缠绕有约束径向膨胀的纤维缠绕层、且一端设有气孔；

包围所述手臂基体外壁的软质外壁层，所述外壁层与所述手臂基体外壁之间形成封闭的间隔空间，且所述外壁层设有与所述间隔空间连通的气管；

以及设置于所述间隔空间内部的线干扰变刚度层，所述线干扰变刚度层由围绕所述手臂基体外壁设置的纤维线构成。

进一步地，所述封闭腔体管的数量为三个，三所述封闭腔体管的外壁两两相切。

进一步地，所述纤维缠绕层为螺旋缠绕于所述封闭腔体管侧壁中的纤维线。

进一步地，所述手臂基体注塑成型，所述外壁层3D打印成型。

进一步地，所述手臂基体包括至少三个腔体管基体及两封口结构，两所述封口结构分布密封所有腔体管基体两端形成所有封闭腔体管，每一所述封闭腔体管的气孔设置于一所述封口结构上。