[發明專利]一種具有弓字形連續彎曲內腔的柔性機械手

在審

• 申請號: 201810448793.1
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108381534A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 邵珠峰;安敏·駱;鄧豪;王立平;張兆坤;易希理
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/00
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

一種具有弓字形連續彎曲內腔的柔性機械手，包括本體和附體，本體和附體可采用同種或異種柔性材料制成，制作附體時可在其內部布置不可延展的層狀材料；所述本體的整體外形呈類弓字形，其內部設置有類弓字形的連續封閉空腔以及與外部驅動氣源連通的通氣口；附體和本體的底面固接在一起；工作時，驅動氣源通過通氣口對本體內部的封閉氣腔進行充氣或放氣，從而實現本體在附體限制下的彎曲和伸展運動。本發明的類弓字形的整體設置和類弓字形的氣腔設置可以有效提高機械手的動作速度和輸出力，便于實現高速的可靠抓取功能。

技術領域

本發明涉及一種柔性機械手，具體涉及一種氣體驅動的柔性機械手。

背景技術

在工業自動化領域，機械臂末端抓取動作主要由剛性機械手爪或真空吸盤完成。但剛性機械手爪，由于力度難以控制，很難對柔軟、脆弱物體實現無損抓取。真空吸盤在搬運過程中難以適應表面粗糙、開孔的異形物體。這導致兩者應用場景均存在局限性。柔性機械手包括柔性手指和固定座。柔性手指采用彈性材料，能夠實現對柔軟、脆弱物體的抓取而不會對物體本身產生損傷。

現有技術中，如“一種氣動的軟體抓持裝置”(CN104959992B)和“一種柔性機械手”(CN107322620A)等專利文獻，“軟體機器人研究綜述”(何斌，同濟大學學報，2014)等所公開的，柔性手指一般包括手指底板和手指指面，手指底板和手指指面共同圍成了驅動腔室，驅動腔室的內部形狀如附圖1所示，呈類梳子狀設置。這種設置方式導致柔性手指變形速度較慢，且變形較大時容易在變形過程中產生較大幅度的晃動，強度不足，無法適應應用過程中快速抓取不同形狀不同大小目標的問題。

另一方面，現有技術中柔性手指通常采用不同伸展性的雙層材料層疊而成，驅動層采用可延展性高的材料，應變限制層采用可伸展性差的材料。加壓時，由于驅動層產生的形變遠大于應變限制層，宏觀上將導致材料向應變限制層一側彎曲運動。雙層材料的結構帶來兩個問題，一是材料的融合比較費時，后期可靠性也不高，二是這種結構的性價比不高。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一個柔性機械手解決快速抓取不同形狀不同大小目標的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種具有弓字形連續彎曲內腔的柔性機械手，其特征在于：包括本體和附體，所述本體和附體采用軟體材料制成，制作附體時在其內部設置不可延展的層狀物質；所述本體的整體外形呈類弓字形，其內部設置有類弓字形連續封閉氣腔以及與外部驅動氣源連通的通氣口；所述附體和本體的底面固接在一起；工作時，驅動氣源通過通氣口對本體內部的封閉氣腔進行充氣或放氣，從而實現本體在附體限制下的彎曲和伸展運動。

作為本發明的進一步改進，包括本體和附體，所述本體和附體采用軟體材料制成，制作附體材料的彈性模量大于制作本體材料的彈性模量，并可通過附體材料的彈性模量控制整個機械手的彎曲變形姿態及運動過程；所述本體的整體外形呈類弓字形，其內部設置有類弓字形連續封閉氣腔以及與外部驅動氣源連通的通氣口；所述附體和本體的底面固接在一起；工作時，驅動氣源通過通氣口對本體內部的封閉氣腔進行充氣或放氣，從而實現本體在附體限制下的彎曲和伸長耦合變形。

作為本發明的又進一步改進，所述不可延展的層狀物質為紗布網或細密鐵絲網或紙片或細密纖維網。

作為本發明的更進一步改進，所述的軟體材料為硅膠或凝膠。

作為本發明的進一步改進，在所述附體中設置氣腔以及與外部驅動氣源連通的通氣口，在所述氣腔內放置微小型固態顆粒；用紗布等透氣材料將微小型固態顆粒包裹成長條形，并根據需求布置封口位置將紗布沿長度方向分割成若干個單元，每個單元內容納空氣與微小型固態顆粒的混合物，單元之間可以通氣但不可以通過微小型固態顆粒。

作為本發明的進一步改進，所述的微小型固態顆粒是米粒或咖啡豆或塑料球粒或大豆或綠豆或以上幾種固態顆粒的混合物。