[發明專利]一種具有雙穩態特性的氣動柔性抓手

有效

• 申請號: 201911135310.3
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111390962B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 張征;倪向奇;孫敏;李陽;吳化平;彭翔;李吉泉;丁浩
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J15/12
• 分類號: B25J15/12
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種具有雙穩態特性的氣動柔性抓手，屬于軟體機器人技術領域，包括夾持裝置，所述夾持裝置上連接有至少兩塊擁有兩種穩定形狀的雙穩態層合板，所述雙穩態層合板上安裝有可以通過充氣和放氣變換其形狀的氣動軟體驅動器，所述氣動軟體驅動器變形的同時可以帶動雙穩態層合板一起發生變形，從而使抓手在松開狀態和夾持狀態之間切換，在保持松開狀態或夾持狀態時無需持續供氣，解決了現有技術中在夾爪夾持過程中，若停止供氣，則夾爪失去夾持能力，需要持續不斷地提供氣壓，耗能較高的問題。

技術領域

本發明涉及軟體機器人技術領域，具體地，涉及氣動柔性抓手，該抓手能快速抓取易腐易爛不規則物體，并且能在無氣壓作用下保持抓取能力，從而極大提高工作效率，降低能源消耗。

背景技術

軟體機器人是當今機器人技術的新興熱點和未來發展前沿，與傳統剛性機器人相比，表現出了前所未有的人機安全性和環境交互性。根據軟體材料及其驅動設計的柔性抓手擁有良好的適應性和靈敏性，能夠抓取不規則的、易碎的物體，具有良好的應用前景。但是目前的柔性抓手結構復雜，并且在抓取物體過程中往往需要持續的氣壓供應，能源消耗較高。因此，針對上述技術問題，有必要提供一種具有雙穩態特性的氣動柔性抓手。

例如，在中國專利文獻上公開的一種“充氣無骨膨脹氣爪”，其公告號為CN109968391A，包括支架、連接扣、夾板、夾爪、氣壓調節閥、調節箱等，其不足之處在于，其結構復雜，在夾爪夾持過程中，若停止供氣，則夾爪失去夾持能力，需要持續不斷地提供氣壓，耗能較高。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中，柔性抓手在抓取過程中需要持續不斷地提供氣壓的問題，提供一種具有雙穩態特性的氣動柔性抓手，在經過短暫的供氣后可以持續保證抓手的抓取能力，能耗更少。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明，一種具有雙穩態特性的氣動柔性抓手，包括夾持裝置，所述夾持裝置上連接有至少兩塊擁有兩種穩定形狀的雙穩態層合板，所述雙穩態層合板上安裝有可以通過充氣和放氣變換其形狀的氣動軟體驅動器，所述氣動軟體驅動器變形的同時可以帶動雙穩態層合板一起發生變形。

所述雙穩態層合板擁有兩種穩定的狀態，分別對應抓手的抓取狀態和松開狀態，通過在氣動軟體驅動器中充氣和放氣可以實現雙穩態層合板兩種狀態之間的切換，并且只需要在抓手狀態切換的過程中進行供氣，當充氣完成后，雙穩態層合板穩定在夾持狀態，當夾持了物品后，雙穩態層合板會發生一定程度的形變，形變后的雙穩態層合板會產生向穩定狀態復原的趨勢，從而通過彈力夾住物品；通常的單穩態的抓手進行夾持時，在不進行供氣時只能保持在夾持或松開狀態，保持在另一種狀態時需要持續供氣，能耗較大，而雙穩態層合板只需在狀態切換時供氣，能耗較小。

作為優選，所述氣動軟體驅動器的外形為柱狀，氣動軟體驅動器包括安裝在雙穩態層合板一側的橫向氣動軟體驅動器和安裝在在雙穩態層合板另一側的豎向氣動軟體驅動器，所述橫向氣動軟體驅動器的方向與豎向氣動軟體驅動器的方向垂直；雙穩態層合板上夾持物品的一側為內側，另一側為外側，當雙穩態層合板外側的氣動軟體驅動器充氣時，雙穩態層合板會向內側彎曲，從而穩定在夾持狀態，當雙穩態層合板內側的氣動軟體驅動器充氣時，雙穩態層合板會向外側彎曲，從而穩定在松開狀態；由于兩側的氣動軟體驅動器方向垂直，可以控制雙穩態層合板在不同方向上的彎曲，使得當氣動軟體驅動器的形變量一定時，使雙穩態層合板的形變量盡可能大。

作為優選，所述氣動軟體驅動器包括空心的驅動器內膽，驅動器內膽內部設有氣腔，所述驅動器內膽外側面上繞有纏線，驅動器內膽的一個端面安裝上有前密封端蓋、驅動器內膽的另一個端面上安裝有后密封端蓋，所述驅動器內膽上連接有供氣管路；所述驅動器內膽外側面可以限制氣動軟體驅動器在徑向上的形變，所述前密封端蓋、后密封端蓋可以限制氣動軟體驅動器在軸向上的形變，當氣動軟體驅動器通過供氣管路充氣時，氣動軟體驅動器只能通過從彎曲狀態變為筆直狀態來增加氣腔的體積，從而平衡氣壓。