一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指及软体机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指及软体机械手，气动灵巧软手指包括软体手指本体和静电吸附层，软体手指本体包括弹性空腔延展层

【技术实现步骤摘要】
一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指及软体机械手


[0001]本专利技术涉及软体机械手
，尤其涉及一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指及软体机械手
。

技术介绍

[0002]机械手在各种工业现场获得了广泛应用，可大大降低人力成本和提高生产效率，工业需求强劲
。
作为机器人末端执行部件，机械手的安全性
、
灵巧性和稳定性是衡量其好坏的重要依据
。
传统刚性机械手由硬质材料制备而成，虽然控制精度高，但是柔顺性差
、
安全系数低，难以适用于如鸡蛋
、
水果和玻璃等柔软或易破损物体的抓取
。
相比较而言，软体机械手由柔性材料制成，可以承受大的应变，具有连续变形的能力，柔顺好
、
环境适应性强；近几十年来，软体机械手技术得到了迅速发展，弥补了传统刚性机械手的诸多缺点，在人机交互
、
易碎品抓取等领域具有很大的应用潜能
。
[0003]然而，现有的软体机械手也还存在以下一些关键问题：（1）受限于制造工艺，目前软体机械手结构比较简单，如常见的气动软体手指一般只能实现常曲率弯曲，抓取模式单一
、
灵活性较差；（2）柔性机械手本体结构刚度较低，抓取物体时容易出现抖动，抗干扰能力差，抓取稳定性有待提高；（3）软体机械手与抓取物体之间的抓握面小，容易造成应力集中，而且在抓取光滑表面物体如玻璃等或者表面不规则物体时，由摩擦产生的抓握力小，稳定性较差
。
[0004]采用多种驱动方式或者设计特定的结构可以提高软体机械手的灵巧性和稳定性，文力等
[Soft robotics
，
2021
，1‑
17]综合采用负压驱动的层间干扰变刚度结构和正压驱动弯曲变形，结合采用包络
、
勾挂
、
夹取和吸吮等方式，拓宽了软体机械手的抓取范围，但结构复杂
、
涉及较多的驱动源
。
专利技术专利
CN109834721A
公开了一种多指节变刚度软体手指，具有抓取构型多变和刚柔可控等特点，但是需要电机和负压装置协同控制
。
专利技术专利
CN112045694A
提出利用巨电流变液实现分段弯曲的软体手指，进而实现软手指多种不同的构型，虽然提高了软体机械手的灵活性，但控制复杂，而且抓取稳定性有待提高
。
专利技术专利
CN107671878B
提出一种仿鱼鳍结构的静电吸附式软体抓手，依靠静电吸附力和夹持力可对不同形状大小物体进行自适应贴合抓取，大大提高了抓取稳定性，但是提出的吸附结构仅适用仿鱼鳍结构，而且仅有一个吸附电极，抓取灵活性不足
。
[0005]目前，已有的实现软体机械手灵巧作业的方法普遍存在着结构冗余
、
控制复杂，并且难以抓取表面光滑或者形貌异构等物品；静电吸附力可提高对表面光滑或者形貌异构等物品的抓取稳定性，但目前静电吸附式软体机械手的灵巧性有待进一步提高
。
因此，有必要提出一种能够兼具灵巧性和稳定性的软体机械手，进一步拓宽其抓取适用性
。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决现有气动软体机械手存在灵巧性不够和抓取稳定性不足的问题，提出一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指及软体机械手，采用分段驱动结构和静电吸
附方式同时增加软体机械手的灵巧性和稳定性
。
[0007]本申请实施例一方面提供了一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指，包括：软体手指本体和静电吸附层，所述静电吸附层位于软体手指本体的抓握面，施加电压后可产生静电吸附效应；所述软体手指本体采用气动空腔网格结构，施加气压后可产生弯曲运动；所述软体手指本体由柔性材料制备而成，包括：弹性空腔延展层，为分段驱动的多指节结构，每个指节结构包括若干单侧开口的弹性腔室；限制层，为平板结构，集成到弹性空腔延展层上后起到密闭不同指节结构之间弹性腔室的作用，同一指节结构间的弹性腔室相互连通，使得位于同一指节结构的弹性腔室保持相互连通，不同指节结构的弹性腔室保持独立驱动；气压输入端口，贯穿所述限制层或弹性空腔延展层并连通所述指节结构的弹性腔室，所述气压输入端口数量与所述指节结构数量一致，用于向弹性空腔延展层指节结构的弹性腔室施加气压；其中，所述柔性材料为柔性硅胶材料或柔性橡胶材料，可拉伸性好，在相同气压作用下，限制层的形变量小于弹性空腔延展层的形变量，使得弹性腔室气压上升后，软体手指本体向限制层一侧产生弯曲，即，限制层所在的一侧形成软体手指本体的抓握面
。
[0008]作为本申请的一些实施例，所述弹性空腔延展层为分段驱动的三指节结构，包括上指节
、
中指节和下指节，当然，所述弹性空腔延展层并不局限于三指节结构，还可以是单指节结构
、
双指节结构
、
四指节结构
、
五指节结构乃至更多的指节结构
。
[0009]作为本申请的一些实施例，每个指节结构包括有三个弹性腔室，当弹性空腔延展层为包含上指节
、
中指节和下指节的三指节结构时，即形成分别含有三个相互连通弹性腔室的上指节弹性腔室
、
中指节弹性腔室和下指节弹性腔室；当然，每个所述指节结构并不局限于三个弹性腔室，还可以是单个弹性腔室
、
两个弹性腔室
、
四个弹性腔室
、
五个弹性腔室乃至更多个的弹性腔室，且同一个弹性空腔延展层中的不同指节结构间的弹性腔室的数量和宽度均可以不同，具体的可以依据每个指节所需要的功能动态调控
。
[0010]作为本申请一些实施例的优选，具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指采用类人手指各段长度的配置，即所述弹性腔室的宽度规律为：上指节弹性腔室宽度＞中指节弹性腔室宽度＞下指节弹性腔室宽度
。
[0011]作为本申请的一些实施例，所述弹性空腔延展层的不同指节结构的弹性腔室均单独与一个气压输入端口保持互通，进而通过控制不同气压输入端口的输入气压对各个指节结构的形变独立调控
。
[0012]作为本申请的一些实施例，所述静电吸附层包括：基底层，起到连接软体手指本体和静电吸附层的作用，位于软体手指本体的抓握面之上；电极沉积层，可黏附液态金属，用于图案化沉积静电吸附电极，位于基底层之上；电极层，由液态金属通过丝网印刷制备在电极沉积层上，并且拉伸的时保持稳定的电学性能；介电绝缘层，在电场作用下产生电介质极化，位于电极层之上，也即是位于静电吸
附层的最上层；其中，所述电极层和介电绝缘层能形成静电吸附效果，使介电绝缘层与被抓取物体接触形成静电吸附，静电吸附具有能耗小
、
噪声低
、
抗污染和基底适用范围广等优点
。
[0013]作为本申请一些实施例的优选，所述电极沉积层可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指，包括：软体手指本体
(1)
和静电吸附层
(2)
，所述静电吸附层
(2)
位于软体手指本体
(1)
的抓握面，施加电压后可产生静电吸附效应；其特征在于：所述软体手指本体
(1)
采用气动空腔网格结构，施加气压后可产生弯曲运动；所述软体手指本体
(1)
由柔性材料制备而成，包括：弹性空腔延展层
(11)
，为分段驱动的多指节结构，每个指节结构包括若干单侧开口的弹性腔室
(14)
；限制层
(12)
，为平板结构，集成到弹性空腔延展层
(11)
上后起到密闭不同指节结构之间弹性腔室
(14)
的作用，同一指节结构间的弹性腔室
(14)
相互连通，使得位于同一指节结构的弹性腔室
(14)
保持相互连通，不同指节结构的弹性腔室
(14)
保持独立驱动；气压输入端口
(13)
，贯穿所述限制层
(12)
或弹性空腔延展层
(11)
并连通所述指节结构的弹性腔室
(14)
，所述气压输入端口
(13)
数量与所述指节结构数量一致，用于向弹性空腔延展层
(11)
指节结构的弹性腔室
(14)
施加气压；其中，在相同气压作用下，限制层
(12)
的形变量小于弹性空腔延展层
(11)
的形变量，使得弹性腔室
(14)
气压上升后，软体手指本体
(1)
向限制层
(12)
一侧产生弯曲
。2.
根据权利要求1所述一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指，其特征在于，所述弹性空腔延展层
(11)
为分段驱动的三指节结构，包括上指节
(1a)、
中指节
(1b)
和下指节
(1c)
；每个指节结构包括有三个弹性腔室
(14)
，形成分别含有三个相互连通弹性腔室
(14)
的上指节弹性腔室
(14a)、
中指节弹性腔室
(14b)
和下指节弹性腔室
(14c)。3.
根据权利要求2所述一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指，其特征在于，所述三指节结构采用类人手指各段长度的配置，即所述弹性腔室
(14)
的宽度规律为：上指节弹性腔室
(14a)
宽度＞中指节弹性腔室
(14b)
宽度＞下指节弹性腔室
(14c)
宽度
。4.
根据权利要求1所述一种具有稳定抓取性能的气动灵巧软手指，其特征在于，所述弹性空腔延展层
(11)
的不同指节结构的弹性腔室
(14)
均单独与一个气压输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴益根，曾德全，宣洪权，程久美，
申请(专利权)人：瑞金市明崴电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：