[發明專利]一種可變剛度的雙層氣動螺旋軟體執行器

在審

• 申請號: 202110648298.7
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113276144A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 馮毅雄;閆煒煜;邱皓
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種可變剛度的雙層氣動螺旋軟體執行器。軟體執行器包括氣動軟體執行器本體、導氣管、變剛度模塊；導氣管固定安裝在氣動軟體執行器本體的端部，變剛度模塊固定安裝在氣動軟體執行器本體的底部；軟體執行器通過導氣管與外輔助裝置相連，外輔助裝置用于提供和控制軟體執行器螺旋變形所需的氣壓，軟體執行器通過變剛度模塊與溫度控制裝置電連接，溫度控制裝置用于控制影響軟體執行器剛度的溫度。本發明利用變剛度模塊與物體間更緊密的貼合，利用螺旋軟體執行器更靈活的變形來抓取各種表面形狀復雜物體，實現了螺旋式抓取、細棍形物體抓取等。

技術領域

本發明涉及軟體執行器領域的一種軟體執行器，尤其是涉及了一種可變剛度的雙層氣動螺旋軟體執行器。

背景技術

傳統的機器人大部分由剛性材料制成，其形狀不能發生變化，具有高精度的特點。這些機器人多用于工業化、精確化的工作。但其結構復雜、不具有可變形的能力、在人機交互過程中安全性和適應性較差，在一些形狀復雜、易碎物體抓取等場景使用受限。

近年來，隨著先進制造技術和智能材料的發展，軟體機器人得到了廣泛的關注，其中通過氣壓驅動的軟體抓持器應用最為廣泛，氣動軟體抓持器一般由多個氣動執行單元組成，執行單元的特性決定了抓持器的特性。當前，氣動執行單元的制造與應用日漸成熟，但在使用時還存在一些問題，如目前的軟體執行器大多只能實現彎曲變形，姿態單一，導致在抓取物體時不夠靈活；又如，由于軟體執行器材料的柔性，在負載較大的情況下容易發生脫落，不能保證抓取的穩定性，導致抓手的適用范圍縮小；又如現有的變剛度方案如顆粒阻塞存在會大幅增加執行器的體積和重量的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有氣動軟體執行器抓取姿態單一、負載能力有限等問題，本發明提出了一種可變剛度的雙層氣動螺旋軟體執行器，傾斜的梳齒形氣腔在氣壓的驅動下實現螺旋變形，具有更大的機械輸出，且抓取姿態更加靈活，變剛度模塊基于熱塑性復合材料在溫度的作用下實現剛度的改變，增大抓取時與物體的接觸面積，加大執行器與物體之間的粘合力，使抓取更加牢固，且熱塑性復合材料等組成的變剛度模塊體積小、重量輕。

為實現本發明的目的，提供如下的技術方案：

所述軟體執行器包括氣動軟體執行器本體、導氣管、變剛度模塊；導氣管固定安裝在氣動軟體執行器本體的端部，變剛度模塊固定安裝在氣動軟體執行器本體的底部；軟體執行器通過導氣管與外輔助裝置相連，外輔助裝置用于提供和控制軟體執行器螺旋變形所需的氣壓，軟體執行器通過變剛度模塊與溫度控制裝置電連接，溫度控制裝置用于控制影響軟體執行器剛度的溫度。

所述氣動軟體執行器本體頂面沿自身長度方向等間隔地開設有多個條形槽，各個條形槽之間平行設置且每個條形槽均沿非垂直地傾斜于氣動軟體執行器本體的自身長度方向布置，各個條形槽不貫穿于氣動軟體執行器本體的底面，通過各個條形槽將氣動軟體執行器本體分隔為多個腔體塊，每個腔體塊內設有氣腔，各個腔體塊內的氣腔在氣動軟體執行器本體底部連通，從而使得各個腔體塊內的氣腔構成傾斜的梳齒形氣腔，梳齒形氣腔的充氣放氣來驅動軟體執行器發生螺旋變形。

所述變剛度模塊包括上硅樹脂層、下硅樹脂層、熱塑性復合材料層、熱敏電阻和加熱層；上硅樹脂層的上表面與氣動軟體執行器本體的底部固定連接，由上硅樹脂層和下硅樹脂層組成中間設置有空隙的一體硅樹脂結構，一體硅樹脂結構中間的空隙中設置有上下層疊布置的加熱層和熱塑性復合材料層，加熱層固定安裝在熱塑性復合材料層上，下硅樹脂層和熱塑性復合材料層之間設置有熱敏電阻，熱敏電阻通過導線與溫度控制裝置電連接。

相鄰的所述條形槽之間的間隔按需求設置。

所述氣動軟體執行器本體利用硅膠澆注而成或者將TPU材料利用3D打印方式制造而成。

所述熱塑性復合材料層由聚己內酯和炭黑制備而成，其中聚己內酯的摩爾質量為88.4kg/mol，聚己內酯與炭黑的質量比為8:2。