[发明专利]一种具有双稳态特性的气动柔性抓手

说明书

本发明公开了一种具有双稳态特性的气动柔性抓手，属于软体机器人技术领域，包括夹持装置，所述夹持装置上连接有至少两块拥有两种稳定形状的双稳态层合板，所述双稳态层合板上安装有可以通过充气和放气变换其形状的气动软体驱动器，所述气动软体驱动器变形的同时可以带动双稳态层合板一起发生变形，从而使抓手在松开状态和夹持状态之间切换，在保持松开状态或夹持状态时无需持续供气，解决了现有技术中在夹爪夹持过程中，若停止供气，则夹爪失去夹持能力，需要持续不断地提供气压，耗能较高的问题。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体地，涉及气动柔性抓手，该抓手能快速抓取易腐易烂不规则物体，并且能在无气压作用下保持抓取能力，从而极大提高工作效率，降低能源消耗。

背景技术

软体机器人是当今机器人技术的新兴热点和未来发展前沿，与传统刚性机器人相比，表现出了前所未有的人机安全性和环境交互性。根据软体材料及其驱动设计的柔性抓手拥有良好的适应性和灵敏性，能够抓取不规则的、易碎的物体，具有良好的应用前景。但是目前的柔性抓手结构复杂，并且在抓取物体过程中往往需要持续的气压供应，能源消耗较高。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有双稳态特性的气动柔性抓手。

例如，在中国专利文献上公开的一种“充气无骨膨胀气爪”，其公告号为CN109968391A，包括支架、连接扣、夹板、夹爪、气压调节阀、调节箱等，其不足之处在于，其结构复杂，在夹爪夹持过程中，若停止供气，则夹爪失去夹持能力，需要持续不断地提供气压，耗能较高。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，柔性抓手在抓取过程中需要持续不断地提供气压的问题，提供一种具有双稳态特性的气动柔性抓手，在经过短暂的供气后可以持续保证抓手的抓取能力，能耗更少。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明，一种具有双稳态特性的气动柔性抓手，包括夹持装置，所述夹持装置上连接有至少两块拥有两种稳定形状的双稳态层合板，所述双稳态层合板上安装有可以通过充气和放气变换其形状的气动软体驱动器，所述气动软体驱动器变形的同时可以带动双稳态层合板一起发生变形。

所述双稳态层合板拥有两种稳定的状态，分别对应抓手的抓取状态和松开状态，通过在气动软体驱动器中充气和放气可以实现双稳态层合板两种状态之间的切换，并且只需要在抓手状态切换的过程中进行供气，当充气完成后，双稳态层合板稳定在夹持状态，当夹持了物品后，双稳态层合板会发生一定程度的形变，形变后的双稳态层合板会产生向稳定状态复原的趋势，从而通过弹力夹住物品；通常的单稳态的抓手进行夹持时，在不进行供气时只能保持在夹持或松开状态，保持在另一种状态时需要持续供气，能耗较大，而双稳态层合板只需在状态切换时供气，能耗较小。

作为优选，所述气动软体驱动器的外形为柱状，气动软体驱动器包括安装在双稳态层合板一侧的横向气动软体驱动器和安装在在双稳态层合板另一侧的竖向气动软体驱动器，所述横向气动软体驱动器的方向与竖向气动软体驱动器的方向垂直；双稳态层合板上夹持物品的一侧为内侧，另一侧为外侧，当双稳态层合板外侧的气动软体驱动器充气时，双稳态层合板会向内侧弯曲，从而稳定在夹持状态，当双稳态层合板内侧的气动软体驱动器充气时，双稳态层合板会向外侧弯曲，从而稳定在松开状态；由于两侧的气动软体驱动器方向垂直，可以控制双稳态层合板在不同方向上的弯曲，使得当气动软体驱动器的形变量一定时，使双稳态层合板的形变量尽可能大。

作为优选，所述气动软体驱动器包括空心的驱动器内胆，驱动器内胆内部设有气腔，所述驱动器内胆外侧面上绕有缠线，驱动器内胆的一个端面安装上有前密封端盖、驱动器内胆的另一个端面上安装有后密封端盖，所述驱动器内胆上连接有供气管路；所述驱动器内胆外侧面可以限制气动软体驱动器在径向上的形变，所述前密封端盖、后密封端盖可以限制气动软体驱动器在轴向上的形变，当气动软体驱动器通过供气管路充气时，气动软体驱动器只能通过从弯曲状态变为笔直状态来增加气腔的体积，从而平衡气压。