[實用新型]一種可變剛度的軟體機械手

有效

• 申請號: 201820991569.2
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN208323419U
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 朱銀龍;華超;陳昕;劉英;習爽
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/12
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王清義

本技術公開一種可變剛度的軟體機械手，由一個或多個執行單元構成。執行單元包括形變部分和剛度調節部分，形變部分主要由軟體基體和外圍約束纖維組成，剛度調節部分主要為內置剛度調節介質的介質層?；w為硅膠合成材料制成的柔性中空管狀結構，基體外側為兩組按照一定角度纏繞的不可拉伸纖維（線材）。剛度調節部分安裝在基體外側，內置剛度調節介質，對剛度調節部分抽真空，介質接觸面積增加導致摩擦力改變，進而改變剛度。軟體基體由氣壓或者液壓驅動，剛度調節部分利用負壓裝置驅動。通過形變部分和剛度調節部分的配合，實現軟體機械手兼具剛柔特性，具有極高的作業效率的同時，保證與外界操作對象與操作環境交互時具有極高的安全性。

技術領域

本技術涉及軟體機器人夾持器，具體而言是一種可變剛度的軟體機械手。

背景技術

進入21世紀以來，機器人技術廣泛應用于軍事、工業、科學探測等諸多領域。傳統機器人一般由剛性模塊通過運動副連接構成，每個運動副提供一個(或多個)平動自由度或轉動自由度。所有運動副的運動組合形成機器人末端執行器的工作空間，這種機器人具有運動精確的優點，但結構的剛性使其環境適應性較差，在狹窄空間內的運動受到限制。而軟體機器人是模仿自然界中的軟體動物，由可承受大應變的柔軟材料制成，具有較大的柔韌性和連續變形能力，適應環境的能力較強，可在狹窄的空間內進行工作。

目前，軟體機器人技術在人機交互、醫療康復等領域有著廣闊的發展前景。2013年，柏林工業大學Raphael Deimel等人利用硅橡膠和聚合物纖維研制了一款氣體驅動的船型柔性手。手指采用船型通腔結構，外面用纖維纏繞，通過在一側加入被動層限制，而另一側拉伸實現彎曲。該柔性手安全簡單，易于制造，可以實現31到33種抓取姿態，可以抓取500g左右的物體。

2013年哈佛生物設計實驗室的Panagiotis等人針對手部運動障礙的病人研制了一款康復手套 。手指內部是由氣囊組成的氣動網絡采用硅橡膠材料制作，在充氣狀態下可以產生彎曲運動。2014年，Panagiotis等對前代產品進行了改進。采用聚合物纖維強化，利用液壓驅動，通過提高輸入壓力來增強輸出手指力量。通過機械編程來仿照人手關節，實現每個關節的運動，使其更加匹配人的手指運動方式。

軟體機器人是機器人技術研究的全新方向，它彌補了傳統機器人在某些功能上的缺陷，在很多方面都有其用武之地，未來發展的前景一片光明。但是由于對它的研究才剛剛起步，在材料、設計、加工、傳感到控制、使用均存在著一系列問題需要繼續研究，所以對于它的研究也充滿了困難與挑戰。

發明內容

為了彌補軟體機械手無法兼顧柔韌性和剛度調節的缺陷，本專利提供一種可變剛度的軟體機械手。

本專利解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種可變剛度的軟體機械手，包括至少一個執行單元；所述執行單元包括形變部分和剛度調節部分，形變部分包括具有內腔的中空管狀軟體基體和纏繞在軟體基體外圍的不可拉伸纖維組成，在基體上具有與內腔相通的基體通氣孔；剛度調節部分包括用于固定纏繞在基體外側的不可拉伸纖維的膠水層、環繞膠水層并與膠水層之間形成封閉環形空腔的軟質封閉層、設置在環形空腔內的剛度調節介質形成的介質層；環形空腔的兩端以封閉環封閉，封閉板上開有與環形空腔內部相通的剛度調節通氣孔。

上述的可變剛度的軟體機械手，所述基體的內腔為多個關于基體軸線對稱分布的內腔，每個基體內腔一端與一個基體通氣孔相通。最好，多個執行單元的一端共同設置在第一法蘭盤上；與基體通氣孔相通的基體通氣管、與剛度調節通氣孔相通的剛度調節通氣管均穿過第一法蘭盤。優選，它含包括疊置在第一法蘭盤上的第二法蘭盤，第一法蘭盤與第二法蘭盤固定連接；基體通氣管、剛度調節通氣管均穿過第二法蘭盤。

上述的可變剛度的軟體機械手，所述基體為柔性半圓柱狀結構，其中非圓弧側材料硬度高于圓弧側。