[發(fā)明專利]一種介電彈性體驅(qū)動的剛性折紙式靈巧手模塊化驅(qū)動指節(jié)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110407245.6
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN112959346A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張庭;李陽
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J17/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 許燕萍

本發(fā)明公開了一種介電彈性體驅(qū)動的剛性折紙式靈巧手模塊化驅(qū)動指節(jié),包括指節(jié)，指節(jié)包括支架單元、驅(qū)動組件以及折疊組件，支架單元包括分別位于指節(jié)兩端的兩個支架體，驅(qū)動組件包括介電彈性體驅(qū)動機構(gòu)，每個介電彈性體驅(qū)動機構(gòu)連接在所述兩個支架體之間，介電彈性體驅(qū)動機構(gòu)包括介電彈性體驅(qū)動器，介電彈性體驅(qū)動器彎曲形變帶動指節(jié)形變，折疊組件包括折疊式支撐機構(gòu)，每個折疊式支撐機構(gòu)連接在兩個支架體之間，折疊式支撐機構(gòu)包括剛性折紙單元，指節(jié)形變帶動剛性折紙單元折疊形變。指節(jié)具有多個自由度，靈活性好，響應(yīng)速度快，折紙結(jié)構(gòu)提高了指節(jié)的剛性及負載能力，介電彈性體材料自身固有的柔性結(jié)合折紙結(jié)構(gòu)的折疊特性提高了指節(jié)的環(huán)境適應(yīng)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種介電彈性體驅(qū)動的剛性折紙式靈巧手模塊化驅(qū)動指節(jié)。

背景技術(shù)

隨著機器人智能化水平和操作能力的不斷提升，靈巧手在航天航空、緊密機械、軍事、工業(yè)和醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的靈巧手指關(guān)節(jié)多采用電動機、液壓泵、氣缸，齒輪、腱繩等零部件實現(xiàn)驅(qū)動和運動傳遞，然而機械機構(gòu)的關(guān)節(jié)傳動部件較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造難度高，需要較大的工作空間，并且環(huán)境適應(yīng)性差，適用抓取對象范圍小。而基于智能材料驅(qū)動的柔性指關(guān)節(jié)，與傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)相比，它的結(jié)構(gòu)較為簡單，控制方便，環(huán)境適應(yīng)性高，然而，其剛度較差和驅(qū)動力不足的特點限制了它的適用范圍。此外，近些年來，折紙結(jié)構(gòu)憑借其良好的折疊特性和大折展比的特點而廣受關(guān)注，科學(xué)工作者還將折紙技術(shù)用到了機器人的設(shè)計中，在保留機器人智能化等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上加入折紙的折疊特性,設(shè)計出各式各樣的折紙機器人，增加了其對環(huán)境的適應(yīng)性。

參考專利申請公布號：CN111923068A，一種腱傳動仿人靈巧手的手指關(guān)節(jié)。該發(fā)明提供一種腱傳動仿人靈巧手的手指關(guān)節(jié)，使用較少的腱繩實現(xiàn)較多的自由度，在與人手尺寸相仿的基礎(chǔ)上使結(jié)構(gòu)緊湊合理，利用結(jié)構(gòu)上的特點達到腱繩傳動效果，在高度一體化的同時具備一定的靈活性，可以實現(xiàn)較為精確的位置控制。但是該設(shè)計提供的腱傳動手指關(guān)節(jié)僅有一個自由度，且柔順性較低。

參考專利申請公布號：CN111673781A，一種變剛度仿人機器人手爪。該發(fā)明通過變剛度直線驅(qū)動裝置實現(xiàn)手指關(guān)節(jié)剛性的改變，配合拇指的相對運動，提高了機器人手爪抓取目標的適應(yīng)性。但是該設(shè)計采用內(nèi)置的機電系統(tǒng)來實現(xiàn)靈巧手的關(guān)節(jié)彎曲，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對滑塊、螺母和絲桿等元件的采用較多且運動空間有限，裝配比較麻煩，負載自重比較低。

參考專利申請公布號：CN108177156A，一種結(jié)構(gòu)解耦驅(qū)動的變剛度軟體手。該發(fā)明通過形狀記憶合金驅(qū)動手指各部分動作，同時通過電流改變形狀記憶合金的溫度控制其楊氏模量，實現(xiàn)手指的剛度可變以獲得更精確的抓取動作，具有更簡單的結(jié)構(gòu)且沒有機械疲勞和磨損問題，還可以降低機械手與人交互過程中的風(fēng)險，從而提供了一種軟體手發(fā)展的可行性結(jié)構(gòu)模型。但是電流熱驅(qū)動有效功率較低，驅(qū)動時間較長。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種介電彈性體驅(qū)動的剛性折紙式靈巧手模塊化驅(qū)動指節(jié)，指節(jié)具有多個自由度，靈活性好，響應(yīng)速度快，折紙結(jié)構(gòu)提高了指節(jié)的剛性及負載能力，介電彈性體材料自身固有的柔性結(jié)合折紙結(jié)構(gòu)的折疊特性提高了指節(jié)的環(huán)境適應(yīng)性。

本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種介電彈性體驅(qū)動的剛性折紙式靈巧手模塊化驅(qū)動指節(jié),包括指節(jié)，所述指節(jié)包括：

支架單元，所述支架單元包括分別位于所述指節(jié)兩端的兩個支架體；

驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件包括介電彈性體驅(qū)動機構(gòu)，每個所述介電彈性體驅(qū)動機構(gòu)連接在所述兩個支架體之間，所述介電彈性體驅(qū)動機構(gòu)包括介電彈性體驅(qū)動器，所述介電彈性體驅(qū)動器彎曲形變帶動所述指節(jié)形變；

折疊組件，所述折疊組件包括折疊式支撐機構(gòu)，每個所述折疊式支撐機構(gòu)連接在所述兩個支架體之間，所述折疊式支撐機構(gòu)包括剛性折紙單元，所述指節(jié)形變帶動所述剛性折紙單元折疊形變。