一种应用折纸机构的变刚度分腔软体机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种应用折纸机构的变刚度分腔软体机械手，旨在提供一种采用折纸连接方式，柔性高，抓取稳定性好的软体手。组成本发明专利技术的软体手中的软体手指包括至少一组气动弯曲模块和折纸式连接机构；每个折纸式连接机构包括折纸式伸缩模块和两个连接件，两个连接件分别连接于折纸式伸缩模块的两端，一端的连接件与气动弯曲模块连接；另一端的连接件与相邻的气动弯曲模块或支撑机构连接；每个连接件与折纸式伸缩模块之间安装有复位板簧，复位板簧用于弯曲时为对应的连接件及折纸式伸缩模块提供回复力。本发明专利技术的软体手重量轻、自由度大，柔性好，具有缓冲吸震能力，同时，具有能够随被抓取物的刚度出现变刚度的特性，抓取力大、抓取稳定性提高。

A Variable Rigidity Cavity-dividing Soft Manipulator Using Origami Mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种应用折纸机构的变刚度分腔软体机械手
本专利技术涉及机器人
，更具体的说，是涉及一种应用折纸机构的变刚度分腔软体机械手。
技术介绍
随着技术的不断进步，机器人逐渐替代人工操作完成各种操作。为了适应特定领域的使用需要，软体机器人应运而生。目前广泛应用易碎品、软体物品、复杂形状物品等的抓取，以及医疗康复等领域。目前，应用于完成抓取动作的软体手主要是气动多腔室结构，通过对气体腔室充气，使得软体手整体向一定的方向弯曲，通过两只软体手的配合实现抓取动作。虽然这类软体手具有柔性很好、自由度多、灵活敏捷的优点，但仍具有刚性不足、弯曲角度不可控、抓取力太小、易在外力作用下变形等缺陷。因此，使用关节模块连接多个软体手指的刚柔复合型软体机械手就应运而生。但是，目前，大多数软体手关节模块采用柔性材料制作，使用柔性材料将气动弯曲结构的两端连接，其原理是当两端的气动弯曲结构受力时，关节模块的柔性材料在两边力的作用下发生弹性变形被压缩，从而使两端气动弯曲结构的活动范围扩大。这种结构的缺点是：材料内部作用反力很大；在宏观上看，软体手指对物体的抓取力较小，刚度较差，抓取稳定性差；整个手指的弯曲角度、弯曲范围均较小。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种采用折纸连接方式，柔性高，抓取稳定性好的软体手指及其组成的软体手。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种软体手指，包括至少一组气动弯曲模块和折纸式连接机构；每个所述折纸式连接机构包括折纸式伸缩模块和两个连接件，两个所述连接件分别连接于所述折纸式伸缩模块的两端，一端的所述连接件与所述气动弯曲模块连接；另一端的所述连接件与相邻的所述气动弯曲模块或支撑机构连接；每个所述连接件与所述折纸式伸缩模块之间安装有复位板簧，所述复位板簧用于弯曲时为对应的所述连接件及所述折纸式伸缩模块提供回复力。所述折纸式伸缩模块包括由多个第一折叠板组成的锯齿状的第一折叠单元和由多个第二折叠板组成的锯齿状的第二折叠单元，所述第一折叠单元与所述第二折叠单元互相垂直设置，且所述第一折叠单元的第一折叠板和所述第二折叠单元的第二折叠板依次交替重叠排列，所述第一折叠板和第二折叠板相同一侧的边粘接在一起作为弯曲旋转轴。所述气动弯曲模块为由上基体和下基体组成的多气体腔室结构，相邻所述气体腔室的外壁之间形成变形间隙，每个所述气体腔室的侧壁为受力膨胀面。所述折纸式伸缩模块为铝箔或柔性塑料纸片；所述连接件采用工程塑料或聚酯纤维，所述气动弯曲模块为硅胶材料。一种应用折纸机构的变刚度分腔软体机械手，包括底座、支撑机构和软体手指；所述软体手指包括至少一组气动弯曲模块和折纸式连接机构；每个所述折纸式连接机构包括折纸式伸缩模块和两个连接件，两个所述连接件分别连接于所述折纸式伸缩模块的两端，一端的所述连接件与所述气动弯曲模块连接；另一端的所述连接件与相邻的所述折纸式伸缩模块连接或通过所述支撑机构与底座连接；每个所述连接件与相对应的所述折纸式伸缩模块之间安装有复位板簧，所述复位板簧用于弯曲时为对应的所述连接件及所述折纸式伸缩模块提供回复力。所述折纸式伸缩模块包括由多个第一折叠板组成的锯齿状的第一折叠单元和由多个第二折叠板组成的锯齿状的第二折叠单元，所述第一折叠单元与所述第二折叠单元互相垂直设置，且所述第一折叠单元的第一折叠板和所述第二折叠单元的第二折叠板依次交替重叠排列，所述第一折叠板和第二折叠板相同一侧的边粘接在一起作为弯曲旋转轴。所述气动弯曲模块为由上基体和下基体组成的多气体腔室结构，相邻所述气体腔室的外壁之间形成变形间隙，每个所述气体腔室的侧壁为受力膨胀面。所述支撑杆和连接卡座采用工程塑料。所述连接件包括一体的第一横板、第二横板和两侧的连接卡板，所述第一横板和第二横板通过所述连接卡板连接，第一横板上设置有连接槽，用于与所述折纸式伸缩模块的连接；与所述气动弯曲模块连接的所述连接件的所述第二横板上设置有气管孔。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的软体手指及其组成的软体手中，采用由折纸式伸缩模块、连接件及复位板簧组成的关节模块实现相邻气动弯曲模块或气动弯曲模块与支撑机构之间的连接，重量轻、自由度大，柔性好，具有缓冲吸震能力，同时，具有能够随被抓取物的刚度出现变刚度的特性，抓取力大、抓取稳定性提高。2、本专利技术的软体手指及其组成的软体手制造简单、成本低、重量轻、拆卸安装方便、互换性好。3、本专利技术的软体手，按照一定的充、排气规律向其通气可以实现对物体的抓取动作，驱动控制十分简便。控制输入气体的气压可以实现该软体手抓取力大小和弯曲程度的精确控制。4、本专利技术的软体手指及其组成的软体手模仿了人的手指形状以及功能，更大程度上模拟了人手的灵活性。5、本专利技术中软体手指的折纸式伸缩模块通过两个锯齿状折叠板组成，制作方便，强度高，制作成本低，使用灵活方便。附图说明图1所示为本专利技术软体手指的结构示意图；图2所示为折纸式伸缩模块的整体结构示意图；图3所示为折纸式伸缩模块折叠状态的结构示意图；图4所示为连接件的结构示意图；图5所示为气动弯曲模块的结构示意图；图6所示为本专利技术软体手的结构示意图；图7所示为支撑机构的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1：软体手指本专利技术软体手指的示意图如图1所示，包括至少一组气动弯曲模块1和折纸式连接机构2。每个所述折纸式连接机构2包括折纸式伸缩模块2-2和两个连接件2-1、2-3，两个所述连接件2-1、2-3分别连接于所述折纸式伸缩模块2-2的两端。连接件的功能是实现气动弯曲模块与折纸式伸缩模块或其他支撑机构的过渡连接。气动弯曲模块1的数量根据所要抓取的物品的大小确定，可以为1-3个。与之对应，折纸式连接机构2的数量与气动弯曲模块1的数量相等。当具有一个气动弯曲模块1时，一端的所述连接件2-3与所述气动弯曲模块1连接，另一端的连接件2-1与其他的支撑机构或其他部件连接。当采用多个气动弯曲模块时，一端的所述连接件2-3与一个所述气动弯曲模块1连接，另一端的连接件2-1与另外一个相邻的气动弯曲模块1连接，最下端的连接件与其他的支撑机构或其他部件连接。每个所述连接件与所述折纸式伸缩模块之间安装有复位板簧，所述复位板簧用于弯曲时为对应的所述连接件及所述折纸式伸缩模块提供回复力。本实施例中的所述复位板簧为矩形结构，其两端有突出的卡片，可固定在相对应的所述连接件上。所述复位板簧水平放置时对两端无力的作用，但是如果被弯曲，就会向两端接触的连接板及折纸式伸缩模块输出回复力，从而使软体手指在受到外力作用时呈现出刚性，即可使软体手指具有随被抓取物的刚度出现变刚度的特性。本实施例中的所述折纸式伸缩模块的示意图如图2-图3所示，所述折纸式伸缩模块2-2包括由多个第一折叠板2-2-1连接而成的锯齿状的第一折叠单元和由多个第二折叠板2-2-2连接而成的锯齿状的第二折叠单元，所述第一折叠单元与所述第二折叠单元互相垂直设置，且所述第一折叠单元的第一折叠板2-2-1和所述第二折叠单元的第二折叠板2-2-2依次交替重叠排列，形成两个所述第一折叠板2-2-1沿垂直方向夹持一个所述第二折叠板2-2-2，两个所述第二折叠板2-2-2沿垂直方向夹持一个所述第一折叠板2-2-1的结构。两个第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软体手指，其特征在于，包括至少一组气动弯曲模块和折纸式连接机构；每个所述折纸式连接机构包括折纸式伸缩模块和两个连接件，两个所述连接件分别连接于所述折纸式伸缩模块的两端，一端的所述连接件与所述气动弯曲模块连接；另一端的所述连接件与相邻的所述气动弯曲模块或支撑机构连接；每个所述连接件与所述折纸式伸缩模块之间安装有复位板簧，所述复位板簧用于弯曲时为对应的所述连接件及所述折纸式伸缩模块提供回复力。

【技术特征摘要】
1.一种软体手指，其特征在于，包括至少一组气动弯曲模块和折纸式连接机构；每个所述折纸式连接机构包括折纸式伸缩模块和两个连接件，两个所述连接件分别连接于所述折纸式伸缩模块的两端，一端的所述连接件与所述气动弯曲模块连接；另一端的所述连接件与相邻的所述气动弯曲模块或支撑机构连接；每个所述连接件与所述折纸式伸缩模块之间安装有复位板簧，所述复位板簧用于弯曲时为对应的所述连接件及所述折纸式伸缩模块提供回复力。2.根据权利要求1所述的软体手指，其特征在于，所述折纸式伸缩模块包括由多个第一折叠板组成的锯齿状的第一折叠单元和由多个第二折叠板组成的锯齿状的第二折叠单元，所述第一折叠单元与所述第二折叠单元互相垂直设置，且所述第一折叠单元的第一折叠板和所述第二折叠单元的第二折叠板依次交替重叠排列，所述第一折叠板和第二折叠板相同一侧的边粘接在一起作为弯曲旋转轴。3.根据权利要求1或2所述的软体手指，所述气动弯曲模块为由上基体和下基体组成的多气体腔室结构，相邻所述气体腔室的外壁之间形成变形间隙，每个所述气体腔室的侧壁为受力膨胀面。4.根据权利要求3所述的软体手指，其特征在于，所述折纸式伸缩模块为铝箔或柔性塑料纸片；所述连接件采用工程塑料或聚酯纤维，所述气动弯曲模块为硅胶材料。5.一种由权利要求1所述的软体手指组成的应用折纸机构的变刚度分腔软体机械手，其特征在于，包括底座、支撑机构和软体手指；所述软体手指包括至少一组气动弯曲模块和折纸式连接机构；每个所述折纸式连接机构包括折纸式伸缩模块和两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫奕辰，王福军，贺海成，郑双杰，刘守锋，田延岭，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12