一种仿博比特虫的快速响应捕获机构制造技术

本发明专利技术公开了一种仿博比特虫的快速响应捕获机构。摩擦电式非接触接近感知单元贴附在三爪执行模块上，气动双稳态驱动模块安装在三爪执行模块上；捕获爪铰接三爪执行模块的驱动座；气囊驱动装置的一端铰接驱动座的一端，另一端铰接驱动座的侧部；摩擦电式非接触接近感知单元和气动双稳态驱动模块电连接外部采集控制模块，气囊驱动装置连通外部气泵，外部采集控制模块电连接外部气泵。本发明专利技术通过感知单元以非接触的方式提前感知接近物体，扩展了捕获机构的感知范围；增设的负刚度缓冲层对释放的能量进行有效缓冲，保护了爪体和被抓物不受破坏；通过气囊触发存储在拉伸弹簧中的能量，进而实现捕获机构的快速闭合，提高了捕获机构的响应速度。的响应速度。的响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种仿博比特虫的快速响应捕获机构


[0001]本专利技术涉及了一种快速响应捕获机构，具体涉及一种仿博比特虫的快速响应捕获机构。

技术介绍

[0002]目前，在软体机械手领域，受限于弹性体的固有局限性，软体机械手通常表现出缓慢的执行速度和较弱的机械承载力。然而自然界中，一些动植物虽然只具有柔软的生物结构，但在捕食时却可以展现出非接触感知和快速捕获能力。典型的例子便是搏比特虫的瞬态捕食过程。当鱼类靠近博比特虫时，博比特虫通过五根独特的传感触须实时感知鱼类的运动，并通过肌肉驱动进食器官来快速捕获猎物，由于其超快的速度和超强的攻击能力，博比特虫在发动攻击时能瞬间将鱼类撕成两半。通过研究发现，博比特虫口器闭合是一种超快的瞬态运动(≈500ms)，而这样的特殊能力得益于其可快速触发的不稳定能量存储机制，在外界刺激下存储在肌肉系统中的这部分能量能快速释放，以实现捕获器快速响应，故目前缺少一种仿博比特虫的快速响应捕获机构。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，以达到提升捕获机构的感知范围和响应速度的目的。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]本专利技术快速响应捕获机构包括四个摩擦电式非接触接近感知单元、气动双稳态驱动模块和三爪执行模块，四个摩擦电式非接触接近感知单元贴附在三爪执行模块上，气动双稳态驱动模块安装在三爪执行模块上；三爪执行模块包括驱动座和三个捕获爪，三个捕获爪的根端沿周向均匀间隔铰接在驱动座的一端，驱动座的一端作为捕获机构的爪心处，三个捕获爪的末端朝爪心处外弯曲；其中一个摩擦电式非接触接近感知单元贴附在爪心处，另外三个摩擦电式非接触接近感知单元分别贴附在三个捕获爪的爪内侧；气动双稳态驱动模块包括三个气囊驱动装置，三个气囊驱动装置的一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块的驱动座的一端，每两个捕获爪的末端之间铰接有一个气囊驱动装置的一端，三个气囊驱动装置的另一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块的驱动座的侧部；四个摩擦电式非接触接近感知单元和气动双稳态驱动模块均电连接外部采集控制模块，气动双稳态驱动模块的三个气囊驱动装置均连通外部气泵，外部采集控制模块电连接外部气泵。
[0006]所述的三爪执行模块的驱动座包括三个驱动臂、底座、活动套、滑杆、若干限位杆和爪座，各个限位杆沿周向均匀间隔平行安装在滑杆的外周并与滑杆不相接触，滑杆和各个限位杆的一端连接爪座的一端面，滑杆和各个限位杆的另一端连接底座的一端面，底座的另一端面固定安装在外部固定处，以进行物体的捕获；爪座的外侧面沿周向均匀间隔设有六个第一铰接结构，三个捕获爪的末端和三个气囊驱动装置的一端间隔交错铰接在爪座的六个第一铰接结构上；远离滑杆的爪座的另一端面作为捕获机构的爪心处；滑杆和各个
限位杆上共同活动套装有活动套，活动套的外侧面沿周向均匀间隔设有六个第二铰接结构，三个气囊驱动装置的另一端铰接在活动套的其中三个间隔的第二铰接结构上，活动套的另外三个第二铰接结构上分别铰接三个驱动臂的一端，三个驱动臂的另一端分别铰接三个捕获爪的爪外侧的靠近滑杆的一侧。
[0007]所述的三爪执行模块的三个捕获爪的爪内侧均为负刚度缓冲层，三个摩擦电式非接触接近感知单元分别贴附在三个捕获爪的负刚度缓冲层上。负刚度缓冲层可以扩展摩擦电式非接触接近感知单元的铺设面积，还可用以吸收气动双稳态驱动模块中所释放的部分能量，从而保护待捕获物体在捕获后不被破坏；四个摩擦电式非接触接近感知单元均分别完全覆盖捕获机构的爪心处和三个捕获爪的负刚度缓冲层。
[0008]所述的气动双稳态驱动模块的每个气囊驱动装置包括双稳态上臂支架、拉伸弹簧、双稳态下臂支架和驱动气囊，双稳态上臂支架的一端铰接双稳态下臂支架的一端，双稳态上臂支架的另一端铰接在三爪执行模块的驱动座的爪座的其中一个第一铰接结构上，双稳态下臂支架的另一端铰接在三爪执行模块的驱动座的活动套的其中一个第二铰接结构上；双稳态上臂支架和双稳态下臂支架的另一端分别连接拉伸弹簧的两端，拉伸弹簧位于靠近滑杆的一侧；双稳态上臂支架的另一端侧面朝远离滑杆的方向上设有第一固定板，双稳态下臂支架的另一端侧面朝远离滑杆的方向上设有第二固定板，驱动气囊位于第一固定板和第二固定板之间，靠近第一固定板的第二固定板的一侧面上固定驱动气囊的一端，靠近第二固定板的第一固定板的一侧面抵住驱动气囊的另一端，驱动气囊连通外部气泵。每个驱动气囊远离滑杆的一侧面开设有若干矩形齿状腔室，每个腔室之间均留有间隙，便于驱动气囊弯曲。
[0009]所述的拉伸弹簧连接双稳态上臂支架和双稳态下臂支架的两个连接处之间的双稳态上臂支架和双稳态下臂支架的总长度大于拉伸弹簧的非拉伸状态的长度；所述的第一固定板和第二固定板之间的双稳态上臂支架和双稳态下臂支架的总长度大于未充气状态的驱动气囊的长度并且小于充气状态的驱动气囊的长度。
[0010]所述的三爪执行模块的三个捕获爪呈张开状态时，活动套靠近三爪执行模块的底座，双稳态上臂支架和双稳态下臂支架的铰接处位于靠近滑杆的拉伸弹簧的一侧，即此时双稳态上臂支架和双稳态下臂支架整体朝远离滑杆的方向弯曲，双稳态上臂支架和双稳态下臂支架在拉伸弹簧的作用下呈现相互靠近的趋势；驱动气囊的另一端抵住第二固定板，使得一部分能量被存储在拉伸弹簧中，此时气囊驱动装置处于稳态Ⅰ。
[0011]三爪执行模块的三个捕获爪呈收紧状态时，活动套远离三爪执行模块的底座，双稳态上臂支架和双稳态下臂支架的铰接处位于远离滑杆的拉伸弹簧的一侧，即此时双稳态上臂支架和双稳态下臂支架整体朝靠近滑杆的方向弯曲；驱动气囊的另一端与第二固定板分离并远离滑杆此时拉伸弹簧的能量被释放，处于最小长度，从而使得双稳态上臂支架和双稳态下臂支架之间的夹角达到最小值，此时气囊驱动装置处于稳态Ⅱ。
[0012]气囊驱动装置处于稳态Ⅰ和稳态Ⅱ之间的介稳态时，驱动气囊发生形变并迫使双稳态上臂支架和双稳态下臂支架的铰接处朝远离滑杆的方向移动，当两臂呈现为共线形态时，该气囊驱动装置整体处于介稳态，此刻拉伸弹簧处于最大变形量，其内所存储的能量也达到最大值，由于此时的能量是不稳定的，所以该状态只是稳态Ⅰ和稳态Ⅱ之间的一个瞬间过程。
[0013]所述的气动双稳态驱动模块的每个气囊驱动装置还包括驱动绳和驱动电机，驱动电机安装在第一固定板上，驱动电机中引出驱动绳并连接至第二固定板；驱动电机电连接外部采集控制模块。
[0014]三爪执行模块的三个捕获爪从张开状态到收紧状态的过程中，外部采集控制模块打开气泵向驱动气囊充气并使得气囊驱动装置从稳态Ⅰ到介稳态再到稳态Ⅱ转变，过程中驱动电机断电使得驱动绳自由拉伸，不对三爪执行模块的运动产生阻碍；当三爪执行模块的三个捕获爪需要从收紧状态到张开状态，外部采集控制模块关闭气泵并为驱动电机通电，驱动电机收紧驱动绳，带动气囊驱动装置从稳态Ⅱ到稳态Ⅰ转变。
[0015]所述的外部采集控制模块包括采集电路、ADC模数转换模块和MCU控制单元，采集电路电连接四个摩擦电式非接触接近感知单元，采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，其特征在于：包括四个摩擦电式非接触接近感知单元(1)、气动双稳态驱动模块(2)和三爪执行模块(3)，四个摩擦电式非接触接近感知单元(1)贴附在三爪执行模块(3)上，气动双稳态驱动模块(2)安装在三爪执行模块(3)上；三爪执行模块(3)包括驱动座和三个捕获爪(31)，三个捕获爪(31)的根端沿周向均匀间隔铰接在驱动座的一端，驱动座的一端作为捕获机构的爪心处，三个捕获爪(31)的末端朝爪心处外弯曲；其中一个摩擦电式非接触接近感知单元(1)贴附在爪心处，另外三个摩擦电式非接触接近感知单元(1)分别贴附在三个捕获爪(31)的爪内侧；气动双稳态驱动模块(2)包括三个气囊驱动装置，三个气囊驱动装置的一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块(3)的驱动座的一端，每两个捕获爪(31)的末端之间铰接有一个气囊驱动装置的一端，三个气囊驱动装置的另一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块(3)的驱动座的侧部；四个摩擦电式非接触接近感知单元(1)和气动双稳态驱动模块(2)均电连接外部采集控制模块，气动双稳态驱动模块(2)的三个气囊驱动装置均连通外部气泵，外部采集控制模块电连接外部气泵。2.根据权利要求1所述的一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，其特征在于：所述的三爪执行模块(3)的驱动座包括三个驱动臂(32)、底座(33)、活动套(34)、滑杆(35)、若干限位杆(36)和爪座(37)，各个限位杆(36)沿周向均匀间隔平行安装在滑杆(35)的外周并与滑杆(35)不相接触，滑杆(35)和各个限位杆(36)的一端连接爪座(37)的一端面，滑杆(35)和各个限位杆(36)的另一端连接底座(33)的一端面【，底座(33)的另一端面固定安装在外部固定处，以进行物体的捕获】；爪座(37)的外侧面沿周向均匀间隔设有六个第一铰接结构，三个捕获爪(31)的末端和三个气囊驱动装置的一端间隔交错铰接在爪座(37)的六个第一铰接结构上；远离滑杆(35)的爪座(37)的另一端面作为捕获机构的爪心处；滑杆(35)和各个限位杆(36)上共同活动套装有活动套(34)，活动套(34)的外侧面沿周向均匀间隔设有六个第二铰接结构，三个气囊驱动装置的另一端铰接在活动套(34)的其中三个间隔的第二铰接结构上，活动套(34)的另外三个第二铰接结构上分别铰接三个驱动臂(32)的一端，三个驱动臂(32)的另一端分别铰接三个捕获爪(31)的爪外侧的靠近滑杆(35)的一侧。3.根据权利要求1所述的一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，其特征在于：所述的三爪执行模块(3)的三个捕获爪(31)的爪内侧均为负刚度缓冲层，三个摩擦电式非接触接近感知单元(1)分别贴附在三个捕获爪(31)的负刚度缓冲层上。4.根据权利要求2所述的一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，其特征在于：所述的气动双稳态驱动模块(2)的每个气囊驱动装置包括双稳态上臂支架(21)、拉伸弹簧(22)、双稳态下臂支架(23)和驱动气囊(24)，双稳态上臂支架(21)的一端铰接双稳态下臂支架(23)的一端，双稳态上臂支架(21)的另一端铰接在三爪执行模块(3)的驱动座的爪座(37)的其中一个第一铰接结构上，双稳态下臂支架(23)的另一端铰接在三爪执行模块(3)的驱动座的活动套(34)的其中一个第二铰接结构上；双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的另一端分别连接拉伸弹簧(22)的两端，拉伸弹簧(22)位于靠近滑杆(35)的一侧；双稳态上臂支架(21)的另一端侧面朝远离滑杆(35)的方向上设有第一固定板，双稳态下臂支架(23)的另一端侧面朝远离滑杆(35)的方向上设有第二固定板，驱动气囊(24)位于第一固定板和第二固定板之间，靠近第一固定板的第二固定板的一侧面上固定驱动气囊(24)的一端，靠近第二固定板的第一固定板的一侧面抵住驱动气囊(24)的另一端，驱动气囊(24)连通外部气
泵。5.根据权利要求4所述的一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，其特征在于：所述的拉伸弹簧(22)连接双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的两个连接处之间的双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的总长度大于拉伸弹簧(22)的非拉伸状态的长度；所述的第一固定板和第二固定板之间的双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的总长度大于未充气状态的驱动气囊(24)的长度并且小于充气状态的驱动气囊(24)的长度。6.根据权利要求4所述的一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，其特征在于：所述的三爪执行模块(3)的三个捕获爪(31)呈张开状态时，活动套(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴化平，陈欢，钱强强，周伟乾，孔薇琪，田野，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：