[發明專利]一種模塊化電驅動的人工肌肉柔性負壓抓手

有效

• 申請號: 202010324032.2
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111452069B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 李鐵風;張明琦;卓江山;尹順禹;曹許諾;許藝
• 申請（專利權）人: 浙江大學;廣東博智林機器人有限公司
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/12
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 李艷梅

本發明提供一種模塊化電驅動的人工肌肉柔性負壓抓手，并控制通電狀態即可實現快速安靜的柔性抓取動作，抓取收放程度大，更加柔性，且結構簡單，功耗低，降低了成本；同時，本發明的人工肌肉通過一種易于拆卸的接口裝配與機械抓手上，便于更換和維護，更加適用于生鮮易碎物體。

技術領域

本發明涉及機械抓手領域，尤其涉及一種模塊化新型驅動方式的器械。

背景技術

現如今，軟體抓手以氣動抓手居多，氣動抓手在實際生產中有著較為廣泛的應用，如用于工廠組裝，物流分揀等。例如專利文獻CN110421585A公開了一種靜電吸附式氣動軟體抓手，其軟體抓手本體在自由狀態下張平，氣道由外界通氣后可驅動軟體抓手本體，使軟體抓手本體彎曲合攏，靜電吸附膜片貼附在軟體抓手本體的內表面形成抓取面，該軟體抓手本體還包括采用硅膠澆注固化成型的手指體和形成于手指體內的氣道。專利文獻CN110509266A公開了一種四腔變剛度氣動肌肉抓手裝置，其主要就是在供氣孔底部分別連接有縮短氣動人工肌肉和伸長氣動人工肌肉，實現使在上下料過程中剛度調節恰當，能抓取易碎或者易產生塑性變形的物件，且能夠調整抓手的縱向長度從而適應不同物件的上下料。然而，氣動抓手往往需要連接到一個氣泵的才能使用。由于氣泵的笨重和噪音較大等原因，使得氣動抓手在實際應用中受到了一定的限制。

因此人工肌肉驅動的柔性負壓抓手發明可以作為另外一個選擇。例如專利文獻CN108858265A公開了一種基于人工肌肉的柔性抓手，通過介電彈性體條帶代替電機和機械傳動部件，同時作為驅動和預緊元件，只需控制施加電壓即可實現快速安靜的抓取動作，但該抓手結構復雜，抓取控制不夠靈活，抓手收放程度小，柔性不夠，不利于抓取生鮮易碎品的抓取。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種模塊化電驅動的人工肌肉柔性負壓抓手，其通過電壓驅動人工肌肉，來推動活塞調整腔體和手指內部的壓強，進而控制抓手的開合，抓手收放程度更大，更加柔性靈活。人工肌肉通過一種易于拆卸的接口裝配與機械抓手上，便于更換和維護，更加適用于生鮮易碎物體。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種模塊化電驅動的人工肌肉柔性負壓抓手，包括：柔性手指，腔體，活塞機構和人工肌肉。

所述柔性手指與腔體相通，所述柔性手指由柔性外表皮與包裹在其內部的可變形骨骼構成。所述柔性外表皮與所述可變形骨骼間隙間由液體或氣體填充。

所述腔體具有腔體外殼，所述腔體外殼設有與所述人工肌肉一端頭部相連接的接口，所述腔體內部由活塞隔斷，分為上、下兩個部分，其中的上部分與外界環境相通，下部分與手指內部相通。

所述活塞機構的下端位于腔體內部，其上端設有與人工肌肉另一端頭部相連接的接口，所述人工肌肉的兩端通過支撐桿相連接。

所述人工肌肉由預拉伸的介電彈性體薄膜、預壓縮的彈簧和肌肉接口構成；所述人工肌肉的數量和長度可根據實際使用需求定制。例如，抓手抓取力越大，人工肌肉所需的數量越多，長度越大。

所述人工肌肉與抓手相應部件之間采用易拆卸的接口裝配。例如，所述人工肌肉底端通過易拆卸的接口固定于所述腔體外殼，所述人工肌肉頂端通過易拆卸的接口固定于所述活塞機構上端。

進一步地，所述抓手的工作原理為：卷軸型人工肌肉由電壓驅動伸長，當給卷軸型人工肌肉通電時，卷軸型人工肌肉伸長，推動腔體外殼內部的活塞相對向上運動，從而降低腔體外殼和柔性手指表皮內部的壓強。柔性手指外表皮由于由柔性材料構成，內部壓強減小時，開始收縮，從而內部骨骼受到外表皮的作用力而彎曲，實現了抓手的通電抓取功能。當給卷軸型人工肌肉斷電時，卷軸型人工肌肉恢復原長，活塞相對向下運動，腔體外殼與柔性手指外表皮內部壓強恢復原始大小，手指伸直。

進一步地，腔體外殼內部填充空氣時，可用于分揀快遞、抓取生鮮易碎物品等，填充水時，可用于深海作業。