一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器及驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器及驱动方法，涉及仿生干黏附机器人末端执行器技术领域，气动连接件与弹性膜囊连通，弹性膜囊内设置有若干固体颗粒，气动连接件用于连接气源装置，环状楔形刚毛束单元设置在弹性膜囊的底面。使用时，先向弹性膜囊内部通入正压使其膨胀，移动拾取器使底面环状楔形刚毛束单元与目标物体充分接触，然后撤去正压，环状楔形刚毛束单元在弹性恢复力作用下被拉弯实现加载，最后弹性膜囊内部抽至负压，由于固体颗粒阻塞弹性膜囊呈现高刚度，实现环状楔形刚毛束单元的稳定黏附。本发明专利技术能够提高机器人末端执行器对翘曲表面的适应性。器人末端执行器对翘曲表面的适应性。器人末端执行器对翘曲表面的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器及驱动方法


[0001]本专利技术涉及一种仿生干黏附机器人末端执行器
，特别是涉及一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器及驱动方法。

技术介绍

[0002]随着汽车电子、智能手机和可穿戴设备等产业的快速发展，对异型件的搬运拾取提出了需求。传统的搬运拾取手段主要为真空吸附和静电吸附。但真空吸附存在真空泄露，并不适合像印制电路板样的多孔物体；而静电吸附需要高压电场，并不适合电子器件。而采用仿生楔形刚毛束对目标物进行有效黏附是一种行之有效的操作方式。
[0003]目前，仿生楔形刚毛分布结构主要分为平行阵列及环状阵列，其中平行阵列式的微楔形刚毛束的驱动主要采用腱线加载，通过腱线向一对相向设置的刚毛片施加切向载荷，从而在法向产生范德华力，虽然结构简单，但腱线长期使用易松弛并且容易引入干扰力矩，使得黏附失效；另一种驱动方式采用直线导轨，但该方式难以确保楔形刚毛与目标物体表面的接触情况。专利CN202110093097.5提出了一种基于楔形刚毛束的变刚度末端执行器，采用颗粒阻塞提升刚毛对目标物体表面的适应性，但需成对使用，且存在加载结构复杂、成本较高的问题。为进一步实现基于楔形刚毛的拾取器的机构简单化与小型化，提出了一种环状阵列的楔形刚毛。环状阵列的楔形刚毛依靠自身的几何对称特性，一片环状楔形刚毛便可以实现黏附，但对环状楔形刚毛的加载提出了更高的要求。专利CN202110093089.0提出了一种负压驱动环状微楔形刚毛束吸盘及其制备方法，利用负压实现环状刚毛的均匀加载，但其对目标物体表面的适应性较差，当环状阵列刚毛与目标物表面存在微小夹角或目标物体表面有小曲率时，会大大减小刚毛接触面积，从而降低其法向粘附力。综上，如何在保证接触的条件下，为环状刚毛提供均匀的切向载荷和充足的加载位移，是当前环状楔形刚毛加载的技术难点。因此，本专利技术提出一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器及驱动方法以解决现有技术所存在的上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器及驱动方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高机器人末端执行器对异形件的适应性，同时降低机器人末端执行器控制和集成难度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供了一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器，包括变刚度单元和环状楔形刚毛束单元，所述变刚度单元包括弹性膜囊和气动连接件，所述气动连接件与所述弹性膜囊连通，所述弹性膜囊内设置有若干固体颗粒，所述弹性膜囊能够被动适应目标物体表面形状并维持，所述气动连接件用于连接气源装置，通过气源装置改变所述弹性膜囊内部气压使所述固体颗粒阻塞，所述环状楔形刚毛束单元设置在所述弹性膜囊的底面，所述环状楔形刚毛束单元用于接触并粘附拾取目标物体。
[0007]优选地，所述环状楔形刚毛束单元包括若干同心设置的楔形刚毛束，所述楔形刚毛束的尖端向外倾斜，所述楔形刚毛束的尖端用于接触并粘附拾取目标物体，所述楔形刚毛束的加载方向指向圆心。
[0008]优选地，所述弹性膜囊为半球形或球冠形。
[0009]优选地，所述环状楔形刚毛束单元与所述弹性膜囊同心设置。
[0010]优选地，还包括固定块，所述气动连接件通过所述固定块与所述弹性膜囊连通，所述气动连接件和所述弹性膜囊分别与所述固定块密封连接。
[0011]优选地，还包括滤网，所述滤网设置在所述气动连接件与所述弹性膜囊的连通处。
[0012]本专利技术还提供了一种所述基于正压驱动的仿生变刚度拾取器的驱动方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一，通过气动连接件向弹性膜囊内通入正压，使弹性膜囊自由膨胀；
[0014]步骤二，操作基于正压驱动的仿生变刚度拾取器向下移动并接触目标物体，使环状楔形刚毛束单元的接触区域由内环扩展到外环，直至环状楔形刚毛束单元与目标物体完全接触；
[0015]步骤三，通过气动连接件将弹性膜囊内部气体抽出恢复常压，弹性膜囊产生均匀的径向收缩，使环状楔形刚毛束单元充分加载；然后将弹性膜囊内部抽至负压，使弹性膜囊内部的固体颗粒变为阻塞状态，整个弹性膜囊变为高刚度状态，使环状楔形刚毛束单元承担剥离力矩，从而产生并维持法向粘附力；
[0016]步骤四，放置目标物体时，通过气动连接件向弹性膜囊注入气体，使其内部气压大于或等于大气压力，操作基于正压膨胀的仿生变刚度拾取器向上移动并远离目标物体，使环状楔形刚毛束单元的由外环向内环逐渐剥离，最终与目标物体完全脱附。
[0017]优选地，所述步骤二中，在基于正压膨胀的仿生变刚度拾取器接触目标物体过程中，弹性膜囊内的气压恒定或递减。
[0018]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0019]1、本专利技术采用基于颗粒阻塞的变刚度机制，增强了环状楔形刚毛束单元对目标物体翘曲表面的适应性：在固体颗粒松散状态下，弹性膜囊内部受固体颗粒的压力，被动适应目标物体表面形状；在颗粒阻塞状态下，弹性膜囊变为高刚度状态，可以抵抗剥离弯矩，从而充分发挥环状楔形刚毛束单元的法向粘附力；
[0020]2、本专利技术采用一种新的驱动方法：首先通过通正压使弹性膜囊膨胀，恒压充分接触后，撤去正压，弹性膜囊因自身弹性开始均匀收缩，对环状楔形刚毛束单元进行充分均匀地加载，无需额外的加载机构，有利于机构小型化以及阵列拓展；
[0021]3、本专利技术将加载过程置于变刚度过程之前，可避免变刚度之后再进行切向加载的过程中，破坏环状楔形刚毛束单元与目标物表面贴合情况，保证了环状楔形刚毛束单元的接触面积，提升了黏附效果。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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。
[0023]图1为本专利技术的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器的剖切结构示意图；
[0024]图2为本专利技术的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器底部示意图；
[0025]图3为本专利技术的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器正压膨胀示意图；
[0026]图4为本专利技术的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器恒压接触示意图；
[0027]图5为本专利技术的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器负压加载示意图；
[0028]图6为本专利技术的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器常压卸载示意图；
[0029]其中：1
‑
固定块，2
‑
弹性膜囊，3
‑
环状楔形刚毛束单元，4
‑
固体颗粒，5
‑
滤网，6
‑
气动连接件。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正压驱动的仿生变刚度拾取器，其特征在于：包括变刚度单元和环状楔形刚毛束单元，所述变刚度单元包括弹性膜囊和气动连接件，所述气动连接件与所述弹性膜囊连通，所述弹性膜囊内设置有若干固体颗粒，所述弹性膜囊能够被动适应目标物体表面形状并维持，所述气动连接件用于连接气源装置，通过气源装置改变所述弹性膜囊内部气压使所述固体颗粒阻塞，所述环状楔形刚毛束单元设置在所述弹性膜囊的底面，所述环状楔形刚毛束单元用于接触并粘附拾取目标物体。2.根据权利要求1所述的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器，其特征在于：所述环状楔形刚毛束单元包括若干同心设置的楔形刚毛束，所述楔形刚毛束的尖端向外倾斜，所述楔形刚毛束的尖端用于接触并粘附拾取目标物体，所述楔形刚毛束的加载方向指向圆心。3.根据权利要求1所述的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器，其特征在于：所述弹性膜囊为半球形或球冠形。4.根据权利要求1所述的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器，其特征在于：所述环状楔形刚毛束单元与所述弹性膜囊同心设置。5.根据权利要求1所述的基于正压驱动的仿生变刚度拾取器，其特征在于：还包括固定块，所述气动连接件通过所述固定块与所述弹性膜囊连通，所述气动连接件和所述弹性膜囊分别与所述固定块密封连接。6.根据权利要求1所述的基于正压驱动的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晶，张博伦，楚中毅，刘慧敏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：