[发明专利]一种基于可折展结构的磁驱动软体抓手

说明书

本发明公开了一种基于可折展结构的磁驱动软体抓手，包括抓手主体、磁场控制部分和端部连接部分，抓手主体包括上下两端的顺磁性区域和连接在两端的顺磁性区域中间的铁磁性区域，磁场控制部分包括垂直螺旋线圈、环形螺旋线圈、永磁体和支撑系统，端部连接部分包括单轴旋转关节；永磁体上端与垂直螺旋线圈连接，永磁体上端外壁连接抓手主体的上端顺磁性区域，永磁体的下端连接支撑系统；环形螺旋线圈安装在支撑系统上，垂直螺旋线圈上端连接单轴旋转关节。本发明具有响应速度快，性能稳定，控制简易等优点，能够对目标生物进行安全捕获或物体的高效抓取。本发明有助于解决机器人端部执行器运动模式单一，重量较大，被动自适应能力差的领域缺点。

技术领域

本发明属于智能机器人端部执行器领域，具体涉及一种基于可折展结构的磁驱动软体抓手。

背景技术

近年来，随着时代的发展，智能机器人逐渐被应用于生产生活中的各个领域，而机器人端部执行器的灵活性、自适应性和响应效率成为影响机器人工作表现的关键因素。

传统机器人端部执行器大多针对于结构化的环境，使用弹性变形能力差的刚性材料制成，其驱动方式一般采用电机、气动、液压等方式，尽管具有优良的稳定性和可靠性，但存在运动模式单一、重量较大、被动自适应能力差等缺点，无法满足特殊工作环境下轻质、柔性、灵活、无损抓取的性能需求，如工业易碎物品抓取，海洋生物采样等。为了克服传统刚性端部执行器在材料、结构和驱动方式等方面带来的工作缺陷，发展智能材料、多自由度结构和高效驱动方式成为实现智能机器人端部执行器轻量化和柔性化设计的新途径。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于可折展结构的磁驱动软体抓手的设计方案，从而提高机器人端部执行器作业的自适应性、可靠性和响应效率，同时满足端部执行器的轻质化需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于可折展结构的磁驱动软体抓手，包括抓手主体、磁场控制部分和端部连接部分，所述抓手主体包括上下两端的顺磁性区域和连接在两端的顺磁性区域中间的铁磁性区域，所述磁场控制部分包括垂直螺旋线圈、环形螺旋线圈、永磁体和支撑系统，所述端部连接部分包括单轴旋转关节；

所述永磁体上端与垂直螺旋线圈连接，在连接处的永磁体上端外壁连接有抓手主体的上端顺磁性区域，永磁体的下端连接支撑系统；所述环形螺旋线圈安装在支撑系统上，所述垂直螺旋线圈上端连接单轴旋转关节。

进一步地，抓手主体为纸基柔性材料，基于三浦(Miura)折纸结构，由激光刻印机分别在两侧纸面切削出山折痕线槽与谷折痕线槽，经折叠、两侧边界重合粘结后成型，具有灵活的可折展特性，为抓手实现生物捕获或物体抓取动作提供必要柔性变形条件。

进一步地，顺磁性区域和铁磁性区域选择前处理方式，即先于抓手主体折叠成型，具体处理方式为：根据两种区域的折痕分界线，顺磁性区域仅喷覆防水薄层，铁磁性区域先在表层涂刷质量比为2:1的钕铁硼-PDMS胶状制剂，再喷覆防水薄层。

进一步地，支撑系统由套筒、导轨、固定支撑杆、伸缩支撑杆组成；所述永磁体下端与套筒上部连接，二者在导轨上同步运动；

所述套筒为薄壁圆筒状构件，可沿导轨滑动，上端与永磁体下端连接，在侧壁布置有三个铰接口，分别与三个伸缩支撑杆的一端铰接；当永磁体受到垂直螺线管的磁排斥力时，”永磁体- 套筒-抓手上部”沿着导轨整体向下运动；

所述导轨为横截面为圆环的中空构件，内部设置环形螺旋线圈的供电线路，上端通过套筒连接于永磁体，下端与固定支撑杆端部固接；

所述固定支撑杆为圆筒式空心构件，环向均匀布设三根，内部设置环形螺旋线圈的供电线路，固定支撑杆两端均为刚性固定约束，一端固定于导轨下端，另一端固定于环形螺旋线圈；

所述伸缩支撑杆为嵌套式伸缩构件，环向均匀布设三根，伸缩支撑杆两端均为柔性铰接约束；其一端铰接于套筒，另一端铰接于环形螺旋线圈。