[发明专利]一种基于视觉和触觉控制的软体仿生章鱼机械手装置

说明书

本发明涉及一种基于视觉和触觉控制的软体仿生章鱼机械手装置，包括可充放气的软体手指部及软体手臂部，二者通过连接部相连接，软体手臂部安装在刚性机械臂末端，软体手指部安装有视觉检测模块和触觉检测模块，视觉检测模块连接至刚性机械臂，触觉检测模块连接至充放气模块，视觉检测模块实时检测识别当前待抓取物体的轮廓与位置，刚性机械臂由此发生相应的旋转动作；触觉检测模块实时检测当前软体手指部与抓取物体之间的接触力，充放气模块由此进行相应的充放气动作，以改变软体手指部及软体手臂部的工作状态、完成对物体的抓取操作。与现有技术相比，本发明能够自适应、灵活、准确且安全地实现各种易碎、不规则等不同物体的有效抓取。

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，尤其是涉及一种基于视觉和触觉控制的软体仿生章鱼机械手装置。

背景技术

传统机器人以刚性结构为主，在工业、医疗和特种作业等诸多领域已经有了广泛的积累和应用。但其结构复杂、灵活度有限、安全性和适应性较差，在一些特殊的应用中，如复杂易碎物体的抓持、人机交互和狭窄空间作业等具有极大的挑战。

近年来，随着3D打印技术和新型智能材料的发展，对机器人系统的研究有了突破性的进展。软体机器人本体采用软材料或柔性材料加工而成，可连续变形，从原理上具有无限自由度，自身良好的安全性和柔顺性能够有效弥补刚性机器人的不足。比如软体机器人能够实现大幅度弯曲、扭转和伸缩，可在有限空间下作业，如微创腹腔手术和灾难救援等；自身可以连续变形，在仿生结构和仿生运动方面可以更好地模仿生物原型；可以根据周围的环境改变自身的形状和颜色等，在复杂、易碎物体抓持中具有极大的应用前景。此外，由于材料的不同，软体机器人所对应的驱动方式也有很多的种类，专利CN202010020414.6公开了一种线驱动仿生软体机械手，通过模仿自然界中蟒蛇缠绕抓取的方式，以实现对形状复杂目标的抓取；专利CN202110264172.X公开了一种软静电粘附包覆式仿生章鱼机械手，通过静电黏附的方式，以实现对物体的抓取。然而，由于软体机器人的控制复杂度高，目前仍缺乏有效的控制方法，难以保证对软体机器人抓取控制的准确性，导致软体机器人在实际抓取过程中无法自适应地抓取不同对象，甚至有可能发生被抓取对象损伤的现象。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于视觉和触觉控制的软体仿生章鱼机械手装置，能够有效提高抓取控制的准确性，自适应地抓取不同对象。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于视觉和触觉控制的软体仿生章鱼机械手装置，包括可充放气的软体手指部及软体手臂部，所述软体手指部通过连接部与软体手臂部相连接，所述软体手臂部安装在刚性机械臂末端，所述软体手指部安装有视觉检测模块和触觉检测模块，所述视觉检测模块连接至刚性机械臂，所述触觉检测模块连接至充放气模块，所述充放气模块分别与软体手指部、软体手臂部相连接，所述视觉检测模块用于实时检测识别当前待抓取物体的轮廓与位置，并将检测的数据信息传输给刚性机械臂，刚性机械臂发生相应的旋转动作；

所述触觉检测模块用于实时检测当前软体手指部与抓取物体之间的接触力，并将检测的数据传输给充放气模块，充放气模块相应进行充放气动作，以改变软体手指部及软体手臂部的工作状态、完成对物体的抓取操作。

进一步地，所述软体手指部包括与连接部过盈配合的指根、以及与物体相接触的指尖，所述指根与指尖之间连接有多个气囊单元，所述多个气囊单元之间相互贯通，所述气囊单元的底部为摩擦限制层。

进一步地，所述软体手臂部包括与连接部固定连接的关节上端、以及与刚性机械臂末端相连接的关节末端，所述关节上端与关节末端之间连接有可充放气的手臂关节，所述手臂关节包括多个相连通的气囊。

进一步地，所述连接部包括手指连接板和手臂连接板，所述手指连接板连接有矩形盖板，所述手臂连接板连接有U形压板，所述矩形盖板通过螺栓螺母与指根过盈配合连接，所述U形压板通过螺钉与关节上端相连接。