[发明专利]一种具有主动变刚度功能的软体机械手

说明书

一种具有主动变刚度功能的软体机械手，涉及软体机器人技术领域。为解决现有的具有变刚度功能的软体机械手，柔顺性、结构紧凑性较差，制备工艺复杂，变刚度与变形存在耦合的问题。支架的下表面沿圆周方向均匀的设有三个软体指，支架的上表面沿圆周方向均匀的设有三个柔性带驱动机构，且每个软体指对应一个柔性带驱动机构，支架的上表面中心处设有一个镂空框架，框架内部设有一个四通，四通的竖直端口与主气管的一端固定连接，主气管的另一端与外界的气源输出端连接，四通的三个水平端口分别与一根软管的一端固定连接，软管的另一端插入到软体指的内部。本发明适用于对工业分拣、农业采摘、家庭服务、康复助力等领域。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体涉及一种具有主动变刚度功能的软体机械手。

背景技术

目前，机器人技术在人类生产与生活中发挥着重要作用，相关研究的开展对推进我国智能制造事业具有重要意义。其中，机械手作为末端执行器，是机器人系统的核心组成部件之一。相比于传统的刚性机械手，软体机械手柔软易变形的特点使其在柔顺性、抗冲击性、交互友好性等方面具有独特的优势，在工业分拣、农业采摘、家庭服务、康复助力等方面具有广阔的应用前景。然而，柔软易变形的特点意味着刚度低，软体机械手在负载能力、操控精度及稳定性等方面存在不足。因此，研制具有主动变刚度功能的软体机械手，兼顾高柔顺性与高刚度，能够大大提高软体机械手的整体性能及其实际应用价值。现有的软体机械手，其变刚度功能的实现均是基于附加的变刚度机构实现的，例如利用颗粒阻塞原理，通过抽真空增加刚度；利用低熔点合金，通过加热实现高/低刚度的切换；模仿生物鳞片结构，通过挤压提高刚度。这些变刚度方法，变刚度机构体积大，降低了软体机械手结构紧凑型，提高了制备复杂性；包含刚性部件，降低了软体机械手的柔顺性；利用电加热的方式，响应慢；变刚度过程与软体机械手变形存在耦合。这些缺点均限制了其在软体机械手技术中的实际应用。

综上所述，现有的具有变刚度功能的软体机械手，柔顺性、结构紧凑性较差，制备工艺复杂，变刚度与变形存在耦合的问题。

发明内容

本发明为解决现有的具有变刚度功能的软体机械手，柔顺性、结构紧凑性较差，制备工艺复杂，变刚度与变形存在耦合的问题，而提出一种具有主动变刚度功能的软体机械手。

本发明的一种具有主动变刚度功能的软体机械手，其组成包括软体指、支架、柔性带驱动机构、主气管、四通和软管；

支架的下表面沿圆周方向均匀的设有三个软体指，支架的上表面沿圆周方向均匀的设有三个柔性带驱动机构，且每个软体指对应一个柔性带驱动机构，支架的上表面中心处设有一个镂空框架，框架内部设有一个四通，四通的竖直端口与主气管的一端固定连接，主气管的另一端与外界的气源输出端连接，四通的三个水平端口分别与一根软管的一端固定连接，软管的另一端插入到软体指的内部；

进一步的，所述的软体指包括本体、柔性带导槽、气腔和限制层；本体的上表面设有一个柔性带导槽，且本体的内部沿轴向方向设有n个气腔，n为正整数，本体的侧面设有限制层；

进一步的，所述的本体的材质采用超弹性材料硅胶，弹性模量为0.1MPa；

进一步的，所述的软管外表面均匀的设有m个气孔，m为正整数，且所有的气孔的圆心共线设置，每个气孔对应一个本体内部的气腔10；

进一步的，所述的柔性驱动机构包括柔性带、电机支架、伺服电机和带轮；电机支架的底面与支架的上表面固定连接，电机支架的上表面设有伺服电机，伺服电机的输出轴上设有带轮，带轮上缠有柔性带，柔性带的末端依次穿过支架和柔性带导槽，与软体指的底端固定连接；

进一步的，所述的电机支架和带轮的材质均为ABS塑料；

进一步的，所述的限制层和柔性带的材质均为柔性材质；

进一步的，所述的气孔的数量m等于气腔的数量n，m＝n；