一种具有压力感知功能的气动软体机械手制造技术

一种具有压力感知功能的气动软体机械手，具体涉及气动软体机械手。本发明专利技术解决了现有的机械手无法适用于各种平面、曲面或者其他不规则的三维复杂结构的压力感知和自适应抓取等工作的问题。软体手指和柔性压力感知单元的数量一致设置，姿态调节机构的每个手指安装座上安装有一根软体手指，每根软体手指的夹持侧沿其长度方向设置有一组柔性压力感知单元；每根软体手指的夹持侧沿其长度方向间隔设置有多个柔性压力感知元件，每根软体手指的夹持侧设置有褶皱结构，每根软体手指内为气压空腔，每根软体手指通过手指基座与连接座连接。本发明专利技术用于各种平面、曲面或者其他不规则的三维复杂结构的压力感知和自适应抓取工作。结构的压力感知和自适应抓取工作。结构的压力感知和自适应抓取工作。

【技术实现步骤摘要】
一种具有压力感知功能的气动软体机械手


[0001]本专利技术属于软体机械手领域，具体涉及一种具有压力感知功能的气动软体机械手。

技术介绍

[0002]近年来，传统的工业机械手相关技术已趋于成熟，其使用场景不再局限于工业环境，目前很多机器人的末端执行器直接使用工业用机械手，但存在体积大、灵活性差、交互能力以及越障能力差等问题。在对外形多变、表面易碎的物体(如水果、蔬采和生物组织等)的分拣中，其抓取效果往往不尽人意，其刚性结构在抓取易碎物品时，往往会造成物体破损，带来不必要的经济损失。
[0003]随着新型柔性材料的发展，软体机械手的研究逐步兴起，通过效仿动物的生活习性，利用柔性的“手指”解决了非结构化环境适应性差、交互性差等难题，可以有效抓取表面刚度低、易碎的或形状不规则的物体，在未知复杂的抓取任务中占有较大优势。
[0004]目前，软体机械手的技术还不够成熟，许多问题还未解决，需要进一步探讨和研究，包括柔性材料制备及成型技术、柔性传感器技术、可变刚度设计及智能控制技术等方面，其关键问题主要体现在以下几个方面：
①
软体手指可重复性定位精度差问题。由于柔性材料本身易变形的特性，软体手指容易受环境条件影响而发生被动变形，对其动作的可重复性定位精度造成影响。
②
传统刚性机械手因不具备柔顺性，在抓取易碎易损伤等物品时存在不足，一般柔性机械手虽可以克服刚性机械手的弊端，因其不具备触觉感知功能，仍无法获取抓取过程中接触力的时变信息。
③
软体手指的运动控制问题。软体手指本身具有高自由度，目前大多采用分段思路对其运动学和动力学进行建模分析，但难以得到精确模型。因此，结合材料、驱动、感知、结构的软体机械手将是一个重要的发展趋势。
[0005]为解决以上问题，需要一种可感知抓取压力的软体手指，该机械手可适用于各种平面、曲面或者其他不规则的三维复杂结构的压力感知和自适应抓取等工作。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决现有的机械手无法适用于各种平面、曲面或者其他不规则的三维复杂结构的压力感知和自适应抓取等工作的问题，进而提供一种具有压力感知功能的气动软体机械手。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0008]本专利技术的具有压力感知功能的气动软体机械手包括至少两个软体手指2、至少两组柔性压力感知单元1和姿态调节机构3；软体手指2和柔性压力感知单元1的数量一致设置，姿态调节机构3的每个手指安装座3
‑
2上安装有一根软体手指2，每根软体手指2的夹持侧沿其长度方向设置有一组柔性压力感知单元1；
[0009]每根软体手指2包括多个柔性压力感知元件2
‑
1、多个褶皱结构2
‑
2、限制层2
‑
3、气压空腔2
‑
4、手指基座2
‑
5和连接座2
‑
6；每根软体手指2的夹持侧沿其长度方向间隔设置有
多个柔性压力感知元件2
‑
1，每根软体手指2的夹持侧设置有褶皱结构2
‑
2，每根软体手指2内为气压空腔2
‑
4，每根软体手指2通过手指基座2
‑
5与连接座2
‑
6连接。
[0010]进一步地，软体手指2的数量为三根，每根软体手指2的夹持侧沿其长度方向设置有限制层2
‑
3，限制层2
‑
3可以控制软体手指2的弯曲极限。
[0011]进一步地，每根软体手指2中含有四个柔性压力感知元件2
‑
1和四个褶皱结构2
‑
2，软体手指2的夹持侧靠近手指基座2
‑
5处为平面结构，褶皱结构2
‑
2与柔性压力感知元件2
‑
1沿软体手指2的长度方向间隔设置。
[0012]进一步地，所述柔性压力感知元件2
‑
1是以热塑性聚氨酯为基体材料，碳纳米管为导电材料，所述软体手指2通过气压驱动完成弯曲动作，所述软体手指2通过柔性压力感知元件2
‑
1检测并反馈实际抓握过程中的抓取力的信息，并通过控制系统实时发射相对应的控制信号。
[0013]进一步地，每根软体手指2的指背侧沿其长度方向间隔设置有多个半圆柱段空腔，多个半圆柱段空腔均与气压空腔2
‑
4相互连通，手指基座2
‑
5上设置有进气口，进气口与软体手指2的气压空腔2
‑
4相互连通。
[0014]进一步地，姿态调节机构3包括丝杆螺母3
‑
1、至少两个手指安装座3
‑
2、至少两个支撑座3
‑
3、螺母座3
‑
4、导柱3
‑
5、导套3
‑
6、基座3
‑
7、步进电机3
‑
8、多个支柱3
‑
9和底板3
‑
10；基座3
‑
7通过多个支柱3
‑
9安装在底板3
‑
10上，步进电机3
‑
8位于底板3
‑
10的上端面上，步进电机的输出轴采用的是螺杆结构，步进电机3
‑
8的输出轴穿过基座3
‑
7依次与螺母座3
‑
4和丝杆螺母3
‑
1连接，螺母座3
‑
4上等角度排列至少两个凸缘结构，每个凸缘结构上开有等长度的长槽，每个手指安装座3
‑
2的一端与相应的凸缘结构的长槽滑动连接，每个手指安装座3
‑
2的另一端与支撑座3
‑
3的一端铰接，支撑座3
‑
3另一端与基座3
‑
7铰接。
[0015]进一步地，导套3
‑
6设置在基座3
‑
7的上端面上，导柱3
‑
5的下部位于导套3
‑
6内，导柱3
‑
5的上端与螺母座3
‑
4连接。
[0016]进一步地，手指安装座3
‑
2、凸缘结构和支撑座3
‑
3的数量均为三个，软体手指2和柔性压力感知单元1的数量均为三个。
[0017]进一步地，三个手指安装座3
‑
2沿基座3
‑
7的周向均布设置，三个支撑座3
‑
3沿基座3
‑
7的周向均布设置。
[0018]进一步地，支柱3
‑
9的数量为三个，底板3
‑
10为圆盘，支柱3
‑
9沿底板3
‑
10的圆周方向均布设置。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有压力感知功能的气动软体机械手，所述具有压力感知功能的气动软体机械手包括至少两个软体手指2、至少两组柔性压力感知单元1和姿态调节机构3；其特征在于：软体手指2和柔性压力感知单元1的数量一致设置，姿态调节机构3的每个手指安装座3
‑
2上安装有一根软体手指2，每根软体手指2的夹持侧沿其长度方向设置有一组柔性压力感知单元1；每根软体手指2包括多个柔性压力感知元件2
‑
1、多个褶皱结构2
‑
2、限制层2
‑
3、气压空腔2
‑
4、手指基座2
‑
5和连接座2
‑
6；每根软体手指2的夹持侧沿其长度方向间隔设置有多个柔性压力感知元件2
‑
1，每根软体手指2的夹持侧设置有褶皱结构2
‑
2，每根软体手指2内为气压空腔2
‑
4，每根软体手指2通过手指基座2
‑
5与连接座2
‑
6连接。2.根据权利要求1所述的具有压力感知功能的气动软体机械手，其特征在于：软体手指2的数量为三根，每根软体手指2的夹持侧沿其长度方向设置有限制层2
‑
3，限制层2
‑
3可以控制软体手指2的弯曲极限。3.根据权利要求1或2所述的具有压力感知功能的气动软体机械手，其特征在于：每根软体手指2中含有四个柔性压力感知元件2
‑
1和四个褶皱结构2
‑
2，软体手指2的夹持侧靠近手指基座2
‑
5处为平面结构，褶皱结构2
‑
2与柔性压力感知元件2
‑
1沿软体手指2的长度方向间隔设置。4.根据权利要求3所述的具有压力感知功能的气动软体机械手，其特征在于：所述柔性压力感知元件2
‑
1是以热塑性聚氨酯为基体材料，碳纳米管为导电材料，所述软体手指2通过气压驱动完成弯曲动作，所述软体手指2通过柔性压力感知元件2
‑
1检测并反馈实际抓握过程中的抓取力的信息，并通过控制系统实时发射相对应的控制信号。5.根据权利要求3所述的具有压力感知功能的气动软体机械手，其特征在于：每根软体手指2的指背侧沿其长度方向间隔设置有多个半圆柱段空腔，多个半圆柱段空腔均与气压空腔2
‑
4相互连通，手指基座2
‑
5上设置有进气口，进气口与软体手指2的气压空腔2
‑
4相互连通。6.根据权利要求1、2或5所述的具有压力感知功能的气动软体机械手，其特征在于：姿态调节机构3包括丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄煜，王金峰，安锡潼，李鸿博，王海涛，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：