[发明专利]一种基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪

说明书

一种基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪，包括弹性膜囊，所述弹性膜囊内充有固体颗粒与液体的混合液，夹取物体时将所述弹性膜囊内的液体抽出，使所述固体颗粒阻塞聚团，所述弹性膜囊根据所述物体的表面形状自适应地改变形状，并通过所述固体颗粒的阻塞聚团作用夹紧所述物体。该柔性夹爪适合对形状与表面特性较复杂的物品的抓取，并适合应用于水下对于材质较软、表面较滑的生物样本的抓取。

技术领域

本发明涉及机器人的抓取技术，特别是涉及一种基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪。

背景技术

随着城市河流环境治理的发展、海洋资源的开发，水下机器人技术成为机器人技术的重点研究方向，其中水下抓取作为水下机器人的关键技术，并以其较高的实施难度，成为研究难点。

传统机器人的抓取，一种是应用于生产环境中，采用特定的夹具抓取大小、形状、重量等较为统一的物品，通过理论计算、实际测验等方法实现抓取力、抓取姿态与抓取精度之间的平衡，不需要控制闭环或仅需要较简单的控制闭环；一种是应用于复杂场景下对大小、形状、重量等不统一的物品进行抓取，需要机器视觉、力传感或机器触觉等与夹具的驱动形成控制闭环，成本高技术复杂，实施难度高。

水下抓取通常面向大小、形状、重量等无法精确确定的物品，且物品通常表面较滑，材质软硬变化范围较大，比空气中的物品具有更复杂的表面特性，不利于抓取。水下的水压、水流运动、导电性等特性不利于精密传感器与驱动器的应用，难以形成复杂的抓取控制闭环。水下抓取一类较多的应用为水下生物样本(鱼类、软体生物类)的抓取，该类物体材质较软且通常表面较滑，难以通过以摩擦力为主要抓取力的常用抓取手段进行抓取。目前水下抓取一种是传统机器人抓取在水下的应用，面临上述技术问题且效果不理想，一种是用网捕捞、吸水等水下特定的技术方案，难以实现精确抓取。

一种气动颗粒阻塞夹爪的原理为，在软囊内有大量小颗粒，并填充至半满，当软囊压紧于物体时，软囊包裹物体，抽取软囊内空气，颗粒受气压压紧为紧密状态，可夹取物体。其缺陷是使用时只能上下方向夹取物体，否则软囊内颗粒分布不均，且该方案无法夹取相对软囊尺寸较大的物体。另外，该方案软囊内有大量气体，难以在水下使用。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪，适用于复杂物体的水下抓取。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪，包括弹性膜囊，所述弹性膜囊内充有固体颗粒与液体的混合液，夹取物体时将所述弹性膜囊内的液体抽出，使所述固体颗粒阻塞聚团，所述弹性膜囊根据所述物体的表面形状自适应地改变形状，并通过所述固体颗粒的阻塞聚团作用夹紧所述物体。

进一步地：

所述固体颗粒与液体混合成密度与水相近的悬浮液，密度为0.9-1.1g/cm³，优选为1.03g/cm³。

所述固体颗粒为聚十二内酰胺材料，所述液体为NaCl溶液或糖水溶液；优选地，所述NaCl溶液按重量份含0.9份NaCl与100份水；优选地，所述固液混合液由50到80份所述固体颗粒与100份的所述NaCl溶液混合而成。

所述弹性膜囊为单个或多个囊膜。

包括单个弹性膜囊、底座、管道和过滤网，所述底座上具有通孔，所述弹性膜囊设置在所述底座上并通过所述通孔与所述管道连通，所述管道连接水泵，所述弹性膜囊的入口设置有过滤网，用于在抽取所述液体时过滤所述固体颗粒；优选地，所述弹性膜囊为半球形；在抓取物体时使所述弹性膜囊压紧物体，并通过所述管道将所述弹性膜囊中的液体抽出，所述弹性膜囊内的固体颗粒聚集夹紧所述物体。