一种模块化软体机械手制造技术

本技术公开一种模块化软体机械手，通过联接端子，联接多个执行单元。执行单元分为扭转单元，弯曲单元和拉伸单元。执行单元为硅胶合成材料制成的柔性中空管状结构，通过对腔体充气，由扭转，弯曲，拉伸单元功能，模拟人的手臂自由度，实现机械手更大的执行空间。执行单元包括形变部分和刚度调节部分，形变部分主要由软体基体和外围约束纤维组成。模块化软体机械手由扭转单元、弯曲单元、拉伸单元构成。一种模块化软体机械手通过联接端子联接扭转，伸长，弯曲单元，模拟人的手臂关节自由度,可以实现更大的操作空间，实现对复杂环境的抓取，具有极高的作业效率，保证与外界操作对象与操作环境交互时具有极高的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化软体机械手
本专利属于软体机器人
，具体而言涉及，是一种模块化软体机械手。
技术介绍
随着科学技术的蓬勃发展，机器人已广泛应用于工业生产、医疗、勘探、科学实验和抢险救援等各个方面。传统机器人的工作结构主要是以刚性结构为主，现阶段在各个领域也有着较广的应用，与之相关的技术也已较为成熟。然而，传统的以刚性结构为基础的机器人，不可避免的在结构、安全性、灵敏度以及适应性方面存在缺陷。随着新型智能材料的不断革新，以及相应技术的不断发展，软体机器人成为研究热点，它具有无限的自由度与很强的连续变形能力以及很好的环境适应性，能够在复杂的工作环境中工作，通过改变自身的形态来穿越狭窄的缝隙、孔洞、通道等。目前，大部分机器人多采用刚性结构和刚性驱动器驱动设计，具有高精度、高速度、负载高等特性，主要应用于有专业化和精确化要求的场合。但是在家庭服务、医疗康复等领域，由于环境的不确定性和个体差异性，刚性机器人通常难以胜任。于是人们展开了对软体机器人的研究。与刚性机器人不同，软体机器人具有以下特点：1）柔性材料在空间内有多个自由度，只需简单的结构，软体机器人就能实现连续灵活的变形。2）柔韧性材料的柔顺性较好，可以根据复杂变化的工作环境，来改变自身的大小和形状。3）软体机器人能保证与外界操作对象与操作环境交互时具有较好的安全性。4）软体机器人整体形态结构简单，可以采用模块化设计与组装，设计和制造成本较低。2007年，美国国防部设计了一个化学机器人Chembots，其具有较大的柔韧性，能够根据通道的大小，调节自身的尺寸和形状，来通过通道。2014年美国RUS课题组设计了一种可自由游动的软体机器鱼，通过尾部进行驱动，可进行快速的移动。麻省理工学院等多所高校的研究人员研制了一种软体蠕虫机器人，不仅可以蠕动，而且具有很强的抗冲击能力。哈佛大学GeorgeM.Whitesides研究小组设计并制作了一种充气式蠕动软体机器人，抗击性能强，通过气压驱动，可以穿越狭小空间。软体机器人是机器人技术研究的全新方向，它弥补了传统机器人在某些功能上的缺陷，在很多方面都有其用武之地，未来发展的前景一片光明。但是由于对它的研究才刚刚起步，在材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究，所以对于它的研究也充满了困难与挑战。
技术实现思路
为了弥补刚性机器人无法兼顾柔韧性和刚度调节的缺陷，本专利技术提供一种模块化软体机械手，它具有无限的自由度与连续变形能力以及很好的环境适应性，具有良好的人机交互安全性。本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利所述的模块化软体机械手，它具有执行单元，所述执行单元为外周缠绕有螺旋形约束纤维、内部有腔室的柔性柱体；执行单元有三种，即通过对腔室充气或抽气实现扭转，弯曲，拉伸的扭转单元，弯曲单元和拉伸单元；该模块化软体机械手至少包括两个不同种类的执行单元，相邻两个执行单元的端部之间通过联接端子联接；联接端子上开有与联接在其上的两个执行单元中的至少一个执行单元的内部腔室相通的气道。本专利的有益效果：本专利把不同种类的执行单元即扭转单元、弯曲单元或者拉伸单元有机组合在一起。在使用时，执行单元上的腔室直接或者通过联接端子上的气道与外部的气路驱动系统连接，气路驱动系统向执行单元的腔室充放气，实现执行单元的拉伸（伸长）、扭转或者弯曲。这样，本机械手即可实现拉伸、扭转或者弯曲这三种功能中的至少两种功能。本专利通过联接端子把执行单元相连，结构简单，可以任意把所需的执行单元连接起来，实现了模块化组装，快捷方便。本机械手由均为柔性柱体的各执行单元组成，能够实现柔韧性和刚度调节，具有无限的自由度与连续变形能力。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，所述的扭转单元，扭转单元柱体内部的腔室是螺旋形，扭转单元柱体的一端具有与螺旋形腔室一端相通的通气孔。当向扭转单元柱体内部的螺旋形腔室充气时，由于扭转单元柱体缠绕的约束纤维限制了扭转单元柱体的径向尺寸变化，拉伸单元柱体只能沿着螺旋形腔室的轴向伸缩，使得扭转单元柱体形成螺旋形，能够适应外部不同的复杂环境。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，所述的弯曲单元，弯曲单元柱体内部有两个柱状腔室，弯曲单元柱体的一端具有与两个柱状腔室一端分别相通的通气孔。当弯曲单元柱体的两个柱状腔室充气时，由于弯曲单元柱体缠绕的约束纤维限制了弯曲单元柱体的径向尺寸变化，弯曲单元柱体只能沿着轴向伸缩。当弯曲单元柱体的两个柱状腔室充气量不同时，充气量少的弯曲单元柱体一侧在轴向伸长量小于充气量多的弯曲单元柱体另一侧，因此弯曲单元柱体向充气量少的弯曲单元柱体一侧弯曲。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，所述的拉伸单元，拉伸单元柱体内部有一柱状腔室，拉伸单元柱体的一端具有与柱状腔室一端相通的通气孔。当向拉伸单元柱体内部的柱状腔室充气时，由于拉伸单元柱体缠绕的约束纤维限制了拉伸单元柱体的径向尺寸变化，拉伸单元柱体只能轴向伸缩。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，所述执行单元外周缠绕有两组螺旋方向相反的螺旋形约束纤维；约束纤维为不可拉伸纤维。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，联接端子上仅仅开有与联接在其上的两个执行单元中的一个执行单元的内部腔室相通的气道。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，联接端子的两端均开有沉孔，执行单元的端部嵌入联接端子上的沉孔。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，执行单元共有三个，其中拉伸单元、弯曲单元、扭转单元各一个。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，执行单元共有四个，其中，拉伸单元、弯曲单元、扭转单元这三种执行单元中的任意一种执行单元有一个，其它两种执行单元各有一个。作为对上述的模块化软体机械手的进一步改进，它还包括连接在一个执行单元端部的软体手抓。软体手抓属于现有技术，如申请号为2019102784270的中国专利所公开的一种自适应可变刚度软体手抓。本模块化软体机械手能够模拟人的手臂关节自由度,可以实现更大的操作空间，实现对复杂环境的抓取，具有极高的作业效率，保证与外界操作对象与操作环境交互时具有极高的安全性。附图说明图1是扭转单元结构示意图；图2是弯曲单元结构示意图；图3是拉伸单元结构示意图；图4是扭转单元联接端子结构示意图；图5是弯曲单元联接端子结构示意图；图6是拉伸联接端子结构示意图；图7是一种模块化软体机械手示意图；图8是图7中执行单元等另一角度的示意图；图9是又一种模块化软体机械手示意图；图10是图9中的模块化软体机械手另一角度的示意图；图11是再一种模块化软体机械手示意图；图12是图11中的模块化软体机械手另一角度的示意图；图13是扭转单元剖视图；图14是弯曲单元剖视图；图15是拉伸单元剖视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：本来模块化软体机械手，它具有三种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化软体机械手，其特征是：它具有执行单元，所述执行单元为外周缠绕有螺旋形约束纤维、内部有腔室的柔性柱体；执行单元有三种，即通过对腔室充气或抽气实现扭转，弯曲，拉伸的扭转单元，弯曲单元和拉伸单元；该模块化软体机械手至少包括两个不同种类的执行单元，相邻两个执行单元的端部之间通过联接端子联接；联接端子上开有与联接在其上的两个执行单元中的至少一个执行单元的内部腔室相通的气道。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化软体机械手，其特征是：它具有执行单元，所述执行单元为外周缠绕有螺旋形约束纤维、内部有腔室的柔性柱体；执行单元有三种，即通过对腔室充气或抽气实现扭转，弯曲，拉伸的扭转单元，弯曲单元和拉伸单元；该模块化软体机械手至少包括两个不同种类的执行单元，相邻两个执行单元的端部之间通过联接端子联接；联接端子上开有与联接在其上的两个执行单元中的至少一个执行单元的内部腔室相通的气道。


2.根据权利要求1所述的模块化软体机械手，其特征在于：所述的扭转单元，扭转单元柱体内部的腔室是螺旋形，扭转单元柱体的一端具有与螺旋形腔室一端相通的通气孔。


3.根据权利要求1所述的模块化软体机械手，其特征：所述的弯曲单元，弯曲单元柱体内部有两个柱状腔室，弯曲单元柱体的一端具有与两个柱状腔室一端分别相通的通气孔。


4.根据权利要求1所述的模块化软体机械手，其特征：所述的拉伸单元，拉伸单元柱体内部有一柱状腔室，拉伸单元柱体的一端具有与柱状腔室一端相通的通气孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚凯梅，华超，朱银龙，王旭，刘英，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32