一种仿生柔性机械手制造技术

一种仿生柔性机械手，包括夹爪根部和与夹爪根部相连的至少两个夹爪手指，夹爪手指在抓取前向上弯折贴合到夹爪根部上，每个夹爪手指包括内层弹性膜囊和外层弹性膜囊，内层弹性膜囊上设有第一磁性柔性层，夹爪根部上对应设有第二磁性柔性层，抓取前内层弹性膜囊通过磁性柔性层贴紧在夹爪根部上，外层弹性膜囊内预置有固体颗粒，并在抓取前注入液体而形成颗粒混合液；抓取物体时向内层弹性膜囊内注入液体或气体使其膨胀展开，向物体方向弯曲，从外层弹性膜囊内抽取液体使其收缩，夹爪手指通过外层弹性膜囊内的固体颗粒的阻塞聚团作用夹紧物体。该柔性机械手可以在狭小空间范围内变形并夹取大于自身直径的物体，且具有较大的抓取力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生柔性机械手


[0001]本专利技术涉及机器人的抓取技术，特别是涉及一种仿生柔性机械手。

技术介绍

[0002]抓取是机器人研究领域最重要的方向之一，广泛应用于自动化行业中。随着人工智能的发展，各行业对于机器人抓取的需求越来越多。传统机器人抓取需要确定被抓取物的尺寸、外形、重量等，并且对于各项指标相近的物体有较好的抓取成功率，对于通用物体的抓取还是一项研究课题。传统机械手需要多种力、触觉传感器并与驱动器形成控制闭环，结构和控制较为复杂，成本也相对较高。
[0003]一种气动夹爪方案，夹爪由于外侧有应变限制结构，充气时可向内弯曲。另一种电动夹爪方案，夹爪手指也为柔性，可以通过一个电机完成驱动,手指联动，由手指根部底盘驱动手指，可加装两根或两根以上柔性手指。上述方案的缺点为，手指动作范围小，只能进行较小范围的开合动作，只能夹取不大于自身直径的物体，且柔性机械手的夹取力较小。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
的缺陷，提供一种仿生柔性机械手。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种仿生柔性机械手，包括夹爪根部和与所述夹爪根部相连的至少两个夹爪手指，所述夹爪手指在抓取前向上弯折贴合到所述夹爪根部上，每个夹爪手指包括两层弹性膜囊，所述两层弹性膜囊包括内层弹性膜囊和外层弹性膜囊，所述内层弹性膜囊上设有第一磁性柔性层，所述夹爪根部上对应设有第二磁性柔性层，抓取前所述内层弹性膜囊通过磁性柔性层贴紧在所述夹爪根部上，所述外层弹性膜囊内预置有固体颗粒，并在抓取前注入液体而形成颗粒混合液；抓取物体时向所述内层弹性膜囊内注入液体或气体，在所述内层弹性膜囊的膨胀过程中，所述第一磁性柔性层相对于所述第二磁性柔性层向下滑动，而所述内层弹性膜囊的各部分按膨胀的顺序渐次与所述夹爪根部分离，分离的部分带着所述外层弹性膜囊向远离所述夹爪根部的方向打开，随后指向物体方向弯曲而包裹到所述物体的表面；从所述外层弹性膜囊内抽取液体使其收缩，所述夹爪手指通过所述外层弹性膜囊内的固体颗粒的阻塞聚团作用夹紧所述物体。
[0008]进一步地：
[0009]还包括与所述内层弹性膜囊连接的第一管道和与所述外层弹性膜囊连接的第二管道，在所述外层弹性膜囊的抽液路径上设置有用于过滤所述固体颗粒的过滤结构。
[0010]所述第一管道和所述第二管道从所述夹爪根部的内部穿过。
[0011]所述第二管道贯穿至所述外层弹性膜囊内，所述第二管道的管壁为可过滤颗粒的多孔结构，优选地，所述第二管道为径向刚性，不会在抽取液体时被压缩。
[0012]所述第一磁性柔性层和所述第二磁性柔性层为磁性硅胶层。
[0013]所述第一磁性柔性层和所述第二磁性柔性层等长。
[0014]用于所述内层弹性膜囊与所述外层弹性膜囊中的液体为不同的液体或同一种液体。
[0015]所述颗粒混合液为密度与水相近的颗粒悬浮液，密度为0.9
‑
1.1g/cm3，优选为1.03g/cm3。
[0016]所述固体颗粒为聚十二内酰胺材料，所述液体为NaCl溶液或糖水溶液。
[0017]所述NaCl溶液按重量份含0.9份NaCl与100份水；优选地，所述固液混合液由50到80份所述固体颗粒与100份的所述NaCl溶液混合而成。
[0018]抓取物体时先向所述内层弹性膜囊注入液体或气体，之后再从所述外层弹性膜囊抽取液体，或者两者同时进行。
[0019]本专利技术具有如下有益效果：
[0020]本专利技术提出一种柔性机械手，其中每个夹爪手指包括两层弹性膜囊，所述两层弹性膜囊包括内层弹性膜囊和外层弹性膜囊，所述内层弹性膜囊和所述夹爪根部上分别设有磁性柔性层，抓取前所述内层弹性膜囊通过磁性柔性层贴紧在所述夹爪根部上，所述外层弹性膜囊内预置有固体颗粒，并在抓取前注入液体而形成颗粒混合液，抓取物体时向所述内层弹性膜囊内注入液体或气体，两个磁性柔性层随所述内层弹性膜囊的膨胀过程发生错位滑动，而所述内层弹性膜囊的各部分渐次与所述夹爪根部分离，带着所述外层弹性膜囊打开，并指向物体方向弯曲而包裹到物体表面；而所述外层弹性膜囊内的液体被抽取，发生收缩，其内的固体颗粒阻塞聚团，从而夹紧所述物体；由此，本专利技术带有磁性柔性层的分层式仿生机械手能够很好地模仿章鱼的夹取动作，利用内外层弹性膜囊以及磁性柔性层，该柔性机械手可以在狭小空间范围内变形并夹取大于自身直径的物体，且具有较大的抓取力。本专利技术的柔性机械手模仿章鱼抓取过程，让机械手从根部变形，变形过程中末端紧贴根部，可以在狭小空间内完全夹紧物体。通过设置手指的长度，可夹紧远大于自身直径的物体，并且工作空间保持不变。外层弹性膜囊内采用固液混合物，利用抽液时固体颗粒发生的团聚作用，可以夹紧较重及表面较复杂物体，夹取力量较大。
附图说明
[0021][0022]图1为基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪的原理示意图。
[0023]图2a和图2b为基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪的抽取液体过程的原理示意图。
[0024]图3a和图3b为本专利技术一种实施例的仿生柔性机械手抓取前和展开时的截面示意图。
[0025]图4a至图4c为本专利技术一种实施例的仿生柔性机械手的工作过程示意图。
具体实施方式
[0026]以下对本专利技术的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。
[0027]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
[0028]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本专利技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0030]本专利技术柔性机械手的夹爪手指包括两层弹性膜囊，其中外层弹性膜囊 1提供基于固液混合物颗粒阻塞的变刚度柔性夹爪结构，图1至图2b示出了外层弹性膜囊1的工作原理。外层弹性膜囊1包括弹性膜囊，所述弹性膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生柔性机械手，其特征在于，包括夹爪根部和与所述夹爪根部相连的至少两个夹爪手指，所述夹爪手指在抓取前向上弯折贴合到所述夹爪根部上，每个夹爪手指包括两层弹性膜囊，所述两层弹性膜囊包括内层弹性膜囊和外层弹性膜囊，所述内层弹性膜囊上设有第一磁性柔性层，所述夹爪根部上对应设有第二磁性柔性层，抓取前所述内层弹性膜囊通过磁性柔性层贴紧在所述夹爪根部上，所述外层弹性膜囊内预置有固体颗粒，并在抓取前注入液体而形成颗粒混合液；抓取物体时向所述内层弹性膜囊内注入液体或气体，在所述内层弹性膜囊的膨胀过程中，所述第一磁性柔性层相对于所述第二磁性柔性层向下滑动，而所述内层弹性膜囊的各部分按膨胀的顺序渐次与所述夹爪根部分离，分离的部分带着所述外层弹性膜囊向远离所述夹爪根部的方向打开，随后指向物体方向弯曲而包裹到所述物体的表面；从所述外层弹性膜囊内抽取液体使其收缩，所述夹爪手指通过所述外层弹性膜囊内的固体颗粒的阻塞聚团作用夹紧所述物体。2.如权利要求1所述的仿生柔性机械手，其特征在于，还包括与所述内层弹性膜囊连接的第一管道和与所述外层弹性膜囊连接的第二管道，在所述外层弹性膜囊的抽液路径上设置有用于过滤所述固体颗粒的过滤结构。3.如权利要求2所述的仿生柔性机械手，其特征在于，所述第一管道和所述第二管道从所述夹爪根部的内部穿过。4.如权利要求2或3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，尹向辉，李寿杰，王学谦，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：