一种气动可变刚度的软体抓手

本发明涉及软体抓手，尤其涉及一种气动可变刚度的软体抓手。

背景技术：

1、传统的刚性抓手主要由刚性材料制成，安装在机械臂上进行大范围的抓取运动，依靠精确的控制实现对物体的抓取，但在参与抓取易碎、表面柔软的目标物时，刚性抓手容易对目标物造成损伤。软体抓手对各种形状、大小、重量、刚度的物体都有一定主动或被动的适应性，因此在参与抓取易碎、表面柔软的目标物时，可以更安全地抓握和操作易碎物体避免损伤。但由于制作软体抓手的柔性材料的特征，软体抓手存在刚度低、抓取能力差等问题，而且在执行多位置抓取操作时需要与机械臂配合，增大了操作控制难度。

2、公开号cn111791247a的中国发明专利，公开了一种变刚度线驱柔性抓手及其变刚度控制方法，利于电机旋转带动睫绳从而使手指弯曲，通过外接负压泵负压使柔性骨架的t形块结构顶端与柔性薄片的内表面相互接触，进而控制抓手刚度变化。该发明抓手的抓取牢靠，并可以完成易碎物品的抓取，但变刚度后抓手的刚度取决于t形块结构的刚度，刚度变化范围小，抓手适用范围小。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种气动可变刚度的软体抓手，能够稳定实现变刚度抓取目标，并扩大软体抓手的工作空间。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，包括：

4、抓手，包括安装板，于安装板的下方环向均布有多个变刚度手指，每一变刚度手指包括一块应变限制板，于应变限制板的外侧固定有驱动气囊，所述驱动气囊内具有第一气道，于驱动囊的外侧具有一排凸出的气囊指，于气囊指的内部具有连通第一气道的伸缩腔，于应变限制板的内侧固定有变刚度气囊，所述变刚度气囊内部具有蜂巢状的支撑网格，将变刚度气囊的内腔分隔成多个巢腔，多个巢腔与第二气道连通，于每一巢腔内填充有球形的阻塞颗粒；及

5、柔性腕，其一端与安装板的上方固定，另一端与机械臂固定，所述柔性腕包括波纹管，于波纹管的内部随圆周均布有三个第三气道，每一第三气道连接一道气路。

6、进一步的技术方案在于，所述第三气道的断面为扇形，径向向外拱起。

7、进一步的技术方案在于，所述柔性腕包括上下两节单独的波纹管。

8、进一步的技术方案在于，所述应变限制板的两侧均通过胶粘与驱动气囊和变刚度气囊固定。

9、进一步的技术方案在于，所述安装板上具有以柔性腕为中心呈放射状均匀布置的多个滑槽，所述滑槽的数量与变刚度手指的数量相匹配，所述变刚度手指的上端滑接于滑槽内并能够锁定。

10、进一步的技术方案在于，所述变刚度手指的数量为三个。

11、进一步的技术方案在于，所述柔性腕中以10kpa的步长向第三气道内施压，最高80kpa的气压；所述变刚度手指中内以1.5kpa的步长向第一气道内施压，施加最高为30kpa的气压。

12、进一步的技术方案在于，所述阻塞颗粒的粒径为2～3mm，每一巢腔内的阻塞颗粒的填充量为80％～85％。

13、进一步的技术方案在于，所述应变限制板为2～3mm厚的聚二甲基硅氧烷板。

14、进一步的技术方案在于，所述波纹管长度为126mm，半径为35mm；所述驱动气囊长为150mm，宽为60mm，高为25mm；所述变刚度气囊长为150mm，宽为60mm，高为15mm。

15、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

16、软体抓手抓取过程先由第一气道对驱动气囊增压，变刚度手指弯曲，再经由第二气道对变刚度气囊施加负压，使阻塞颗粒排列紧密，颗粒间摩擦力增大，实现自适应变刚度。并且，采用蜂巢网格支撑结构与颗粒阻塞结合，在实现阻塞变刚度的同时避免颗粒重组和堆积现象，同时柔性支撑结构对目标物还有包裹性，增加抓手的形状自适应能力。

17、柔性腕采用波纹管结构，其内部随圆周均布有三个第三气道，每一第三气道连接一道气路，通过控制第三气道内气体压力来控制柔性腕偏转状况和伸长量，当对一个或两个第三气道进行充气，柔性腕产生偏转运动，当对三个扇形气腔进行充气，且空腔内气压相同时，柔性腕产生拉伸运动，从而产生良好偏转性能和伸长性能，增加抓手的工作空间和灵活度。

技术特征：

1.一种气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述第三气道(3-2)的断面为扇形，径向向外拱起。

3.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述柔性腕包括上下两节单独的波纹管(3)。

4.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述应变限制板(13)的两侧均通过胶粘与驱动气囊(12)和变刚度气囊(14)固定。

5.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述安装板(6)上具有以柔性腕为中心呈放射状均匀布置的多个滑槽(6-1)，所述滑槽(6-1)的数量与变刚度手指的数量相匹配，所述变刚度手指的上端滑接于滑槽(6-1)内并能够锁定。

6.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述变刚度手指的数量为三个。

7.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述柔性腕中以10kpa的步长向第三气道(3-2)内施压，最高80kpa的气压；所述变刚度手指中内以1.5kpa的步长向第一气道(10)内施压，施加最高为30kpa的气压。

8.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述阻塞颗粒(14-2)的粒径为2～3mm，每一巢腔内的阻塞颗粒(14-2)的填充量为80％～85％。

9.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述应变限制板(13)为2～3mm厚的聚二甲基硅氧烷板。

10.根据权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种气动可变刚度的软体抓手，包括抓手和柔性腕。抓手具有多个变刚度手指，每一变刚度手指包括一块应变限制板，于应变限制板的外侧固定有驱动气囊，内侧固定有变刚度气囊，变刚度气囊内部具有蜂巢状的支撑网格，将变刚度气囊的内腔分隔成多个巢腔，多个巢腔与第二气道连通，于每一巢腔内填充有球形的阻塞颗粒，软体抓手抓取过程先由第一气道对驱动气囊增压，变刚度手指弯曲，再经由第二气道对变刚度气囊施加负压，使阻塞颗粒排列紧密，颗粒间摩擦力增大，实现自适应变刚度。柔性腕包括波纹管，于波纹管的内部随圆周均布有三个第三气道，使柔性腕柔能产生良好偏转性能和伸长性能。

技术研发人员：朱姿娜,万仁宇,曾阳浩,崔国华
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15