[發明專利]一種仿博比特蟲的快速響應捕獲機構

在審

• 申請號: 202211084954.6
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115503012A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 吳化平;陳歡;錢強強;周偉乾;孔薇琪;田野
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J15/10
• 分類號: B25J15/10;B25J15/00;B25J9/10;B25J9/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種仿博比特蟲的快速響應捕獲機構。摩擦電式非接觸接近感知單元貼附在三爪執行模塊上，氣動雙穩態驅動模塊安裝在三爪執行模塊上；捕獲爪鉸接三爪執行模塊的驅動座；氣囊驅動裝置的一端鉸接驅動座的一端，另一端鉸接驅動座的側部；摩擦電式非接觸接近感知單元和氣動雙穩態驅動模塊電連接外部采集控制模塊，氣囊驅動裝置連通外部氣泵，外部采集控制模塊電連接外部氣泵。本發明通過感知單元以非接觸的方式提前感知接近物體，擴展了捕獲機構的感知范圍；增設的負剛度緩沖層對釋放的能量進行有效緩沖，保護了爪體和被抓物不受破壞；通過氣囊觸發存儲在拉伸彈簧中的能量，進而實現捕獲機構的快速閉合，提高了捕獲機構的響應速度。

技術領域

本發明涉及了一種快速響應捕獲機構，具體涉及一種仿博比特蟲的快速響應捕獲機構。

背景技術

目前，在軟體機械手領域，受限于彈性體的固有局限性，軟體機械手通常表現出緩慢的執行速度和較弱的機械承載力。然而自然界中，一些動植物雖然只具有柔軟的生物結構，但在捕食時卻可以展現出非接觸感知和快速捕獲能力。典型的例子便是搏比特蟲的瞬態捕食過程。當魚類靠近博比特蟲時，博比特蟲通過五根獨特的傳感觸須實時感知魚類的運動，并通過肌肉驅動進食器官來快速捕獲獵物，由于其超快的速度和超強的攻擊能力，博比特蟲在發動攻擊時能瞬間將魚類撕成兩半。通過研究發現，博比特蟲口器閉合是一種超快的瞬態運動(≈500ms)，而這樣的特殊能力得益于其可快速觸發的不穩定能量存儲機制，在外界刺激下存儲在肌肉系統中的這部分能量能快速釋放，以實現捕獲器快速響應，故目前缺少一種仿博比特蟲的快速響應捕獲機構。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明所提供一種仿博比特蟲的快速響應捕獲機構，以達到提升捕獲機構的感知范圍和響應速度的目的。

本發明采用的技術方案是：

本發明快速響應捕獲機構包括四個摩擦電式非接觸接近感知單元、氣動雙穩態驅動模塊和三爪執行模塊，四個摩擦電式非接觸接近感知單元貼附在三爪執行模塊上，氣動雙穩態驅動模塊安裝在三爪執行模塊上；三爪執行模塊包括驅動座和三個捕獲爪，三個捕獲爪的根端沿周向均勻間隔鉸接在驅動座的一端，驅動座的一端作為捕獲機構的爪心處，三個捕獲爪的末端朝爪心處外彎曲；其中一個摩擦電式非接觸接近感知單元貼附在爪心處，另外三個摩擦電式非接觸接近感知單元分別貼附在三個捕獲爪的爪內側；氣動雙穩態驅動模塊包括三個氣囊驅動裝置，三個氣囊驅動裝置的一端沿周向均勻間隔鉸接在三爪執行模塊的驅動座的一端，每兩個捕獲爪的末端之間鉸接有一個氣囊驅動裝置的一端，三個氣囊驅動裝置的另一端沿周向均勻間隔鉸接在三爪執行模塊的驅動座的側部；四個摩擦電式非接觸接近感知單元和氣動雙穩態驅動模塊均電連接外部采集控制模塊，氣動雙穩態驅動模塊的三個氣囊驅動裝置均連通外部氣泵，外部采集控制模塊電連接外部氣泵。

所述的三爪執行模塊的驅動座包括三個驅動臂、底座、活動套、滑桿、若干限位桿和爪座，各個限位桿沿周向均勻間隔平行安裝在滑桿的外周并與滑桿不相接觸，滑桿和各個限位桿的一端連接爪座的一端面，滑桿和各個限位桿的另一端連接底座的一端面，底座的另一端面固定安裝在外部固定處，以進行物體的捕獲；爪座的外側面沿周向均勻間隔設有六個第一鉸接結構，三個捕獲爪的末端和三個氣囊驅動裝置的一端間隔交錯鉸接在爪座的六個第一鉸接結構上；遠離滑桿的爪座的另一端面作為捕獲機構的爪心處；滑桿和各個限位桿上共同活動套裝有活動套，活動套的外側面沿周向均勻間隔設有六個第二鉸接結構，三個氣囊驅動裝置的另一端鉸接在活動套的其中三個間隔的第二鉸接結構上，活動套的另外三個第二鉸接結構上分別鉸接三個驅動臂的一端，三個驅動臂的另一端分別鉸接三個捕獲爪的爪外側的靠近滑桿的一側。

所述的三爪執行模塊的三個捕獲爪的爪內側均為負剛度緩沖層，三個摩擦電式非接觸接近感知單元分別貼附在三個捕獲爪的負剛度緩沖層上。負剛度緩沖層可以擴展摩擦電式非接觸接近感知單元的鋪設面積，還可用以吸收氣動雙穩態驅動模塊中所釋放的部分能量，從而保護待捕獲物體在捕獲后不被破壞；四個摩擦電式非接觸接近感知單元均分別完全覆蓋捕獲機構的爪心處和三個捕獲爪的負剛度緩沖層。