[发明专利]一种柔性气动机械臂及其制作方法

说明书

本发明公开了一种柔性气动机械臂及其制作方法，具体涉及机械臂技术领域。该柔性气动机械臂包括柔性致动器和粘贴于其表面的柔性传感器，柔性致动器呈管状并螺旋盘绕，管状的一端呈开口状作为进气口，所述柔性传感器包括柔性基材，柔性基材上自组装有多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的两端粘贴有银电极，银电极通过铜箔粘贴于多壁碳纳米管处，多壁碳纳米管呈u型，银电极粘贴于u型两端的凸起外侧，柔性致动器采用聚乙烯膜制成，聚乙烯膜的厚度为0.08～0.12mm，当柔性致动器通过进气口进气时，管状撑起，并由螺旋盘绕状逐渐撑开为卷曲状。

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及一种柔性气动机械臂及其制作方法。

背景技术

近年来，人工智能的发展使得机器在视觉、听觉以及自主学习等方面取得了巨大的进步，例如，谷歌公司的AlphaGo，基于深度学习原理，利用多层人工神经网络，使得AlphaGo能够完成自主学习并挑战人类围棋的极限。而电子皮肤的发展，则是代表了人工智能在触觉领域的发展。电子皮肤的出现改变了人们对传统意义上的可穿戴设备的理解，它们可以紧密贴合皮肤或者衣物，根据其柔性特征实现随运动变化而不会影响其性能。

柔性传感器可以应用在机械臂上感知外界环境中的温度、湿度变化达到仿生目的，也可以贴合在人体皮肤上来测量人体的脉搏、心电、脑电等信号为人体健康提供保障。近年来，柔性传感器的发展在测量、供电、数据传输等领域取得了巨大突破，柔性致动器的发展也以水凝胶、碳材料与高聚物、液晶三个方向取得了稳定的发展。

致动器的原理是器件受到外界因素例如光照、温度、电信号等的影响之后，会产生一定程度的形变，器件形变量的大小可以帮助机器人实现某些部分的特定功能，例如，消音筒、折叠电池等。在柔性致动器的研究领域中，最广泛的是Mc-Kibben型的气动驱动器，利用常见的橡胶、塑料和纤维材料使其在空气加压时产生简单的轴向收缩和径向膨胀运动，几个研究小组已经开发出用于产生弯曲运动的微米级软驱动器可以精确控制形变量的大小。相对于普通机械结构的刚性特征，气动致动器结构目前所利用的材质与人体皮肤更加接近，本身所具备的柔性特征可以对操作物体起到保护作用，同时也可以产生机械结构所不能完成的微小形变。

公开号为CN 106313037A的中国专利公开了一种启动串联的柔性机械臂，它包括机座、执行装置以及连接它们的由多个结构相同尺寸递减的驱动单元依次串联组成的柔性机械臂，机械臂外设有柔性防护罩。驱动单元包括两组扇形气囊、T形架、连接架和气动管，一组扇形气囊包括两个折叠式的扇形气囊，一组中两个扇形气囊相对的一侧分别与T形连接架固连，其另一侧均设有通气接口，该通气接口分别插入与主视近似Ω形的连接件的通孔，另该通气接口上连接气动管的一端，两组的扇形气囊通过T形连接架和连接件相错连接。

2016年期刊《Advanced Materials》1卷3期题为“Flexible and StretchableStrain Sensing Actuator for Wearable Soft Robotic Applications”的论文提出将柔性传感器与致动器相结合，以形成柔软的感应执行器。弹性致动器包括连接到受控空气源以实现弯曲的微通道。应变传感器包括在弹性体基底上的薄层丝网印刷的银纳米颗粒，以实现其拉伸性、柔韧性和导电性。将传感器以及致动器安装在手套中，以进一步分析手指运动，能够实时检测不规则的运动模式，并评估手指的刚度或灵活性。

上述技术方案的缺点在于，(1)仪器结构复杂，制造难度较大；(2)机械臂的刚性特征明显，容易破坏所抓取物体；(3)传感器的测量范围受限，能够测量的拉伸、弯曲的范围与致动器的形变范围不匹配；(4)在测量过程中机械臂是由直变弯，在非工作状态下处于伸直状态，不利于收纳。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种柔性强，测量范围大，不易对测量目标造成损坏的柔性气动机械臂及其制作方法。

本发明具体采用如下技术方案：