一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，包括具有内腔的弹性变形体；抽真空充气装置，所述抽真空充气装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔充入气体，同时用于抽出所述内腔内的气体，使所述内腔形成真空或负压；颗粒输送装置，所述颗粒输送装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔输送颗粒。本实用新型专利技术具有高柔顺性和大承载能力的特点，能有效解决不规则形状、软质、易损物体的抓取和搬运需求。

A soft robot with variable stiffness driven by gas particle mixture

【技术实现步骤摘要】
一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人
本技术涉及机器人
，尤其是涉及一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人。
技术介绍
近年来,随着新材料与快速加工制造技术的发展，软体机器人技术已成为机器人
的研究热点。与传统刚体机器人相比，软体机器人采用弹性聚合物、凝胶、流体及颗粒物质等低弹性模量材料制备的软体机器人具有环境适应能力强、内禀安全等特点，被视为扩展机器人能力边界的重要使能技术。软体抓手是目前最接近工程应用的软体机器人之一，与刚性工业机器人配合，可完成不规则、软质、易损物体的抓取和搬运。理想的软体抓手在接触物体时软体抓手应保持柔顺，贴合物体外形；需要抓取时，可以瞬时提高刚性，提高承载能力，并同时维持软体抓手的变形状态不变。现有采用气体驱动的气动软体抓手虽具有优良的柔顺性，能有效与物体外形贴合，但是气动软体抓手刚度低，承载能力有限，最大抓取重量只有5KG，应用范围受到极大限制，与工业需求还有较大差矩。为提高软体抓手的承载能力，专利文献CN201711363921.4公开的一种变刚度软体机器人系统，包括软体机器人、真空抽气装置和粒子输送装置，所述软体机器人具有由弹性变形腔壁围成的容腔，所述弹性变形腔壁上设有抽真空通道和输送通道；所述真空抽气装置与抽真空通道连接，用于将容腔内部空气抽出实现容腔内部真空或负压；所述粒子输送装置与输送通道连接，向容腔内输送软体机器人的致变形介质。颗粒物质充满弹性变形腔壁内腔，当弹性变形腔壁抓取物体时，颗粒物质在弹性变形腔壁内流动以适应被抓物体的形状，后真空抽气装置使弹性变形腔壁抽真空或负压，颗粒物质体积分数减小，颗粒进入堵塞状态，有效增强了弹性变形腔壁的刚性，提高了软体机器人的承载能力，但随着弹性变形腔壁内颗粒物质增多，弹性变形腔壁对颗粒的约束反力逐渐增加，导致颗粒物质流动性降低，使得弹性变形腔壁对外呈现的变形柔顺性大大降低，弹性变形腔壁无法与物体外形有效贴合，影响物体的抓取，同时使得软体机器人能抓取物体的形状受到限制，应用范围有限。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种高柔顺性且大承载能力的气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，能有效解决不规则形状、软质、易损物体的抓取和搬运需求。为了实现上述目的，本技术提供了一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，包括：具有内腔的弹性变形体；抽真空充气装置，所述抽真空充气装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔充入气体，同时用于抽出所述内腔内的气体，使所述内腔形成真空或负压；颗粒输送装置，所述颗粒输送装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔输送颗粒。进一步地，所述弹性变形体上设有与所述内腔相连通的气体通道和颗粒输送通道，所述抽真空充气装置通过换向阀与所述气体通道相连通；所述颗粒输送装置与所述颗粒输送通道相连通。进一步地，所述抽真空充气装置包括与所述弹性变形体相连接的气缸和与所述气缸相连接的第一直线驱动机构。进一步地，所述抽真空充气装置还包括与所述弹性变形体相连接的真空泵。进一步地，所述气体通道上设有用于防止所述颗粒通过的滤网。进一步地，所述颗粒为具有稳定结构形态的固态粒子，所述固态粒子的直径为0.1-3mm。进一步地，所述颗粒输送装置包括与所述弹性变形体相连接的柱塞组件和与所述柱塞组件相连接的第二直线驱动机构。进一步地，还包括贴合所述弹性变形体外表面一侧设置的弹性衬板；所述弹性衬板的弹性模量大于所述弹性变形体的弹性模量。进一步地，还包括控制装置；所述控制装置包括与所述抽真空充气装置相连接的压力真空表和与所述压力真空表相连接的控制器，所述控制器与所述抽真空充气装置和颗粒输送装置相连接。本技术还提供了一种所述气颗粒混合驱动变刚度软体机器人的运行方法，包括如下步骤：步骤S1、柔性状态：弹性变形体内腔与大气相通；步骤S2、柔性变形状态：当弹性变形体接触被抓物体时，抽真空充气装置向弹性变形体内腔充入气体，且颗粒输送装置向弹性变形体内腔输送颗粒，通过气体和颗粒混合驱动弹性变形体顺应被抓物体发生变形，弹性变形体贴合物体外形；步骤S3、刚性增强状态：完成步骤S2后，抽真空充气装置停止向内腔充入气体，颗粒输送装置停止向内腔输送颗粒；此时抽真空充气装置抽出弹性变形体内腔内的气体，内腔形成真空或负压，颗粒进入堵塞状态，弹性变形体刚性增强，且弹性变形体维持变形状态不变；步骤S4、刚性维持状态：完成步骤S3后，抽真空充气装置停止抽真空，此时内腔内真空度维持不变，使弹性变形体形成一个稳定的刚性状态；步骤S5、刚性状态转变至柔性状态：弹性变形体内腔与大气相通，大气进入内腔，内腔内颗粒具有流动性；此时在弹性变形体的弹性作用下，内腔内的颗粒被推出内腔而进入至颗粒输送装置内，弹性变形体恢复至初始柔性状态。本技术抓取物体时，弹性变形体接触被抓物体，抽真空充气装置向弹性变形体内腔充入气体，且颗粒输送装置向弹性变形体内腔充入颗粒，通过气体和颗粒混合驱动弹性变形体顺应被抓物体发生变形，其中气体的作用使得弹性变形体具有优良的柔顺性，从而弹性变形体能有效贴合物体外形；后抽真空充气装置抽出弹性变形体内腔内的气体，使内腔形成真空或负压，此时颗粒体积分数减小，颗粒进入堵塞状态，有效增强了弹性变形体的刚性，提高了本技术软体机器人的承载能力，且弹性变形体刚性提升后，在颗粒作用下，弹性变形体维持变形状态不变，因此本技术具有高柔顺性和大承载能力的特点，能有效解决不规则形状、软质、易损物体的抓取和搬运需求。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术的结构示意图。图2为本技术弹性变形体与弹性衬板弯曲时的结构示意图。上述附图标记：1弹性变形体，2抽真空充气装置，3颗粒输送装置，4换向阀，5弹性衬板，6控制器，7压力真空表，101内腔，102颗粒输送通道，103气体通道，20气缸，21第一直线驱动机构，22真空泵，30柱塞组件，31第二直线驱动机构。具体实施方式下面结合附图对技术进一步说明，但不用来限制本技术的范围。实施例如图1和2所示，本实施方式提供的一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，包括：具有内腔101的弹性变形体1；抽真空充气装置1，所述抽真空充气装置1与所述弹性变形体1相连接并用于向所述内腔101充入气体，同时用于抽出所述内腔101内的气体，使所述内腔101形成真空或负压；颗粒输送装置3，所述颗粒输送装置3与所述弹性变形体1相连接并用于向所述内腔101输送颗粒。本实施方式所述弹性变形体1上设有与所述内腔101相连通的气体通道103和颗粒输送通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，其特征在于，包括：/n具有内腔的弹性变形体；/n抽真空充气装置，所述抽真空充气装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔充入气体，同时用于抽出所述内腔内的气体，使所述内腔形成真空或负压；/n颗粒输送装置，所述颗粒输送装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔输送颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，其特征在于，包括：
具有内腔的弹性变形体；
抽真空充气装置，所述抽真空充气装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔充入气体，同时用于抽出所述内腔内的气体，使所述内腔形成真空或负压；
颗粒输送装置，所述颗粒输送装置与所述弹性变形体相连接并用于向所述内腔输送颗粒。


2.根据权利要求1所述的一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，其特征在于，所述弹性变形体上设有与所述内腔相连通的气体通道和颗粒输送通道，所述抽真空充气装置通过换向阀与所述气体通道相连通；所述颗粒输送装置与所述颗粒输送通道相连通。


3.根据权利要求1或2所述的一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，其特征在于，所述抽真空充气装置包括与所述弹性变形体相连接的气缸和与所述气缸相连接的第一直线驱动机构。


4.根据权利要求3所述的一种气颗粒混合驱动变刚度软体机器人，其特征在于，所述抽真空充气装置还包括与所述弹性变形体相连接的真空泵。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩奉林，李明辉，田亮，陈志，严宏志，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43