[發明專利]一種全柔性仿生氣動式機械手

在審

• 申請號: 202010265575.1
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111452066A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 郭小輝;楊光;王晨;毛善安;吳軍;陳杰;屈磊
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/12
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 孫永剛

一種全柔性仿生氣動式機械手，由至少一個機械手單元構成，每個所述的機械手單元均包括仿生執行系統和驅動系統，仿生執行系統包括一根由柔性材料制成的波紋管結構的圓柱外殼以及至少三根由柔性材料制成的波紋管結構的氣腔，圓柱外殼整體呈象鼻結構，氣腔的外形為中空周期變徑回轉體，多根氣腔平行布置于圓柱外殼內，圓柱外殼和氣腔都一端封閉另一端開口，氣腔的封閉端Ⅱ外壁與圓柱外殼的封閉端Ⅰ內璧粘接在一起，除粘接處外，氣腔與圓柱外殼、氣腔與氣腔之間在初始狀態均不相接觸；驅動系統包括氣動驅動器，氣動驅動器具有多個充氣管道，充氣管道分別與氣腔的開口端Ⅱ及圓柱外殼的開口端Ⅰ相連。本發明抓取能力腔，使用靈活，結構簡單，易于操作。

技術領域

本發明涉及一種氣動式機械手，尤其是一種全柔性仿生氣動式機械手，屬于機器人設計領域。

背景技術

傳統機器人雖已廣泛應用于工業、醫學、建筑業等領域，但仍存在電機驅動慣性大、運動笨重以及剛體與全柔性互動很難控制等一些無法克服的技術難題。這些缺點限制了傳統機器人應用范圍，如易碎物品的抓取、水下作業、狹窄空間等等。

隨著計算機技術、控制技術、人工智能技術的不斷發展，機器人在智能制造、醫療技術、航空航天等領域扮演者越來越重要的角色，智能機器人正朝著自然交互、仿生技術、人機協同的方向飛速發展。

近年來，隨著仿生技術與智能材料的興起，科學家們使用柔性智能材料，模仿生物結構和基于生物運動原理研發出全柔性機器人。通過改變原有的形狀和尺寸實現爬行、扭轉，在非結構化環境下具有廣泛的應用前景，彌補了傳統機器人在狹窄空間運動受限等方面的不足。

抓取操作是機器人執行各種復雜任務所必須具備的重要能力。全柔性機械手驅動方式主要分為兩種：智能材料驅動和氣動驅動。其中，氣動驅動的全柔性機械手主要結合3D打印技術打印驅動器模具，注入超彈性硅膠材料制成全柔性機器人驅動器，通過施加氣壓使驅動器變形。相比于智能材料驅動的全柔性機械手，氣動驅動的全柔性機械手變形更大、相應更快、運動更加靈活，適用于更廣泛的場景。

已知的一種多自由度氣動柔性機械手。包括多自由度柔性執行器、圓形底座和密封底座，圓形底座沿周向等間隔設有三個固定端，每個固定端開有三個氣管通孔和一個導線放置孔，每個固定端端口向外延伸形成凸緣，密封底座嵌裝于凸緣內，每個固定端通過密封底座安裝有多自由度柔性執行器，多自由度柔性執行器內部設有三個氣道，三個氣道中間設有柱形空腔；密封底座的三個進氣道分別插入三個氣道，密封底座的柱形座插入柱形空腔；多自由度柔性執行器內部安裝有兩個通過彎曲導線相連的慣性傳感器。該多自由度氣動柔性機械手，結構緊湊，多充氣組件充氣時可進行多個自由度的指定角度彎曲操作，解決了傳統氣動執行器無法進行多自由度操作與角度反饋的問題。此一種多自由度氣動柔性機械手存在以下不足：

一、結構較復雜，涉及多個剛性連接部件，且氣道僅在靠近外表面的一側設置了增大拉伸面積的梯形彎曲結構，導致對于每個氣道，充氣只能提供一個方向的力，從而大大限制了“多自由度柔性執行器”的自由度。