[发明专利]附接轮毂和抓持器组件的软机器人致动器、加强致动器及电附着致动器

说明书

相关申请

本申请要求均提交于2015年9月17日的美国专利申请编号62/051,546 和62/051,571的优先权。前述申请的内容被援引纳入本文。此外，在全文被援引纳入本文的PCT国际申请号WO2012/148472中讨论了不同的软机器人技术。

技术领域

本文总体涉及机器人领域，并且尤其涉及用于将软机器人致动器与另一机械系统连接的轮毂和组件，以及加强的和/或电磁增强的软致动器。

背景技术

机器人应用于许多行业，例如制造业、工业应用以及医疗应用等。软机器人是机器人的发展领域，其提供了软的、适形的以及自适应的抓持器和致动器以使机器人能够以与人相似的方式与物体相互作用。特别地，这样的机器人能够以与人手相同的方式操作物体。例如，如果零部件在架子上、移动带上，或者从架子上被移到带上，末端执行器可以适应性地从不同方向拾取物体，例如“侧拾”或“由上自下拾取”。同样的抓持器就像人手能做的那样还可在每个任务中适应变化的物体。

Stokes Adam A.、Shepherd Robert F.、Morin Stephen A.、Ilievski Filip和 Whitesides George M.在2014年3月发表在《软机器人》卷1(1):70-74.doi: 10.1089/soro.2013.0002的文章《结合硬和软机器人的混合体》中公开了结合“硬”和“软”机器人的磁组件，这篇文章的全文被援引纳入本文。然而，所提出的硬和软机器人的结合并没有提供类似于人类操作所需的多功能性。

特别是当前的末端执行器很难适应变化的零部件位置(例如，在架子上，在传送带上等)。此外，当前的末端执行器也很难适应变化的零部件尺寸和几何尺寸。而且，当前的末端执行器需要复杂的控制系统来操作。

此外，传统的软机器人致动器是由一种弹性材料，例如硅弹性体构造而成。为了适应某些期望的行为，一些致动器包含不同刚度或壁厚的弹性体。这种可变厚度或刚度的层有时被称为应变限制层。一些致动器的弹性体使用掺杂型或共混型的纤维材料。这种共模塑纤维旨在提高抗刺穿性能并且强化所述致动器。一些致动器使用带有裂缝的纺织袜以增加致动器机构的操作压力。

然而，所有这些致动器都有一些局限性。特别地，由于为获得期望的行为需要大量的材料，这使得通过快速减薄或加厚壁区来增强或限制致动器而使用相似但更硬的弹性体的致动器变得沉重且笨重。这是因为更硬的两种材料仍是类似化学成分的弹性体并且只能达到非常有限的刚度差异。在刚度与硬度高度相关的硅树脂的情况下，用于软致动器的硅绝缘体通常在10-80A 的硬度计范围内，在致动器的选择区之间产生的刚度差异最高达到800％。这还意味着当达到更高刚度差异时，主要在较弱且较软的弹性体区耗费力量。

类似地，通过采用加厚的壁或略硬的弹性体变体来加强而获得更高功能的致动器还受限于一组其它同等重要的机械性能。结果，这些致动器具有不良的机械阻尼特性而导致致动器变软或控制不良。此外，与更适于承受刺穿、急性损伤、热冲击、或一般磨损和疲劳的材料相比，这样的致动器具有有限的抗撕裂或抗剥蚀性能。进而，这些结构材料的负荷响应几乎普遍是各向同性的。

具有纤维增强体的致动器通过模制纤维被引入到作为填充物的共混型纤维“浆状物”或致动器中。尽管这样的技术稍微改善了抗刺穿性并增强了整体优势，但是这类致动器排除了模块化或不用丢弃整个致动器而维修这种增强体的可能性。此外，纤维增强致动器在面对环境时显现出脆弱的橡胶表面，并且普遍存在弹性体纤维分层、疲劳寿命有限以及环境抵抗力差的问题。

本发明针对上述限制。特别是本发明提供了对硬和软机器人连接的改进，并且还提供了改进的致动器。

附图说明

图1示出了根据本发明各种示例的软机器人致动器及轮毂组件的示例性实施例的立体图。

图2A-C是图1的轮毂组件的分解图。

图3A-3E是图1的软机器人致动器和轮毂组件的装配图。

图4A-4D是用于图1中轮毂组件的示例性扭锁接口的透视图。

图5示出了图4A-4D中扭锁接口的使用方法。

图6是图4A-4D中的扭锁接口的横截面视图。

图7A-7G是用于图1中轮毂组件的示例性磁接口的立体图。

图8示出了用于图1中轮毂组件的示例性静电附着接口的立体图。