[发明专利]一种利用巨电流变液实现分段弯曲的软体手指

说明书

本发明属于软体机器人相关技术领域，其公开了一种利用巨电流变液实现分段弯曲的软体手指，软体手指包括波纹管、约束层及多个变刚度层，波纹管形成有第一侧面，约束层设置在第一侧面上，多个变刚度层沿波纹管的长度方向间隔设置在约束层上；变刚度层包括绝缘空腔体、收容在绝缘空腔体内的正极电极片、负极电极片及巨电流变液层；巨电流变液层填充在绝缘空腔体内，通过给巨电流变液层施加电场来改变巨电流变液层的刚度，继而调节对应的变刚度层的刚度，实现了软体手指刚度的调节。本发明通过控制软体手指各个指节变刚度层外加电场的通断实现各个指节刚度变化，进而实现手指多种不同的构型，以适用于各种不同的应用场景。

技术领域

本发明属于软体机器人相关技术领域，更具体地，涉及一种利用巨电流变液实现分段弯曲的软体手指。

背景技术

近些年来，软体机器人技术伴随着材料科学得到了迅速发展，区别于传统意义上的由刚性部件所构成的机器人，软体机器人本体利用柔性材料制作，这种新型柔性机器人能够适应各种非结构化的环境，承受较大的应变，与人类进行交互也更为安全。软体机器人克服了传统机器人柔顺性差、人机交互不安全等问题，在医疗机器人、穿戴机器人、复杂环境搜索等领域有诸多应用，其发展前景十分乐观。

对于机器人的末端执行件软体手而言，其灵活性和柔顺性是衡量机器抓手性能好坏的重要依据。传统的刚性机器手虽然控制精确，但是由于其柔顺性差，故不适合用于抓取像鸡蛋、水果这类较为脆弱或者柔软的物体。而现有的软体机器手通常采用柔性材料来降低刚度，以达到柔顺抓取的目的，但是这种软体手在抓取物体时可能会出现颤动、抓取粒度小、不稳定等问题。并且，目前的软体手指一般只能实现常曲率弯曲，造成软体手工作形态单一，不能很好适应于各种多变的应用场景。于是，实现多指节分段变刚度的软体手指，既可以保证抓取物体时的稳定性，又可以实现软体手指的多种不同构型以适应各种应用场景，具有很强的实用价值和重要的研究意义。

专利CN109834721A公开了一种多指节变刚度软体手指，这种软体手指采用腱绳驱动，并且在指节内部放入层叠复印纸，利用负压装置通过导气管对指节进行抽气，使其内部压强变小。这样，指节的软基体就与层叠的复印纸成为“一体”且变“硬”；当断开气路时，软基体与层叠的复印纸分离而变“软”，实现了软体手指变刚度的效果。然而，这种通过腱绳驱动的软体手所需材料较硬，对物体柔顺抓取的效果不明显。而且，腱绳驱动还需要一套拉线装置辅助工作，而该类拉线装置结构复杂且需要对应的控制系统。并且指节内部的复印纸在多次弯折后会使得指节的刚度下降，从而使得采用这种变刚度方法的软体手指使用寿命不长。又如专利CN108858269A公开了一种变刚度三指软体机器人。这种软体手指采用气动方式驱动，并且在变刚度层内设置有依次层叠分布的人造鳞片，可在负压情况下相互压紧产生由柔转刚的效果。但是这种软体手指的变刚度层中含有人造鳞片等刚性材料，这使得软体手的整体刚度变大，无法有效实现柔顺抓取，且刚性材料在软体手抓取物体时受挤压变形而容易划破硅胶材料造成软体手损毁。专利CN109605417A公布了一种多构态软体抓手，通过电流变液或者磁流变液实现软体手的刚度可变；然而这种软体抓手只有一个指节，只能实现软体手指常曲率弯曲，由于其工作形态单一导致能够实用的场景有限。

因此，目前已有的变刚度的软体手指或多或少都会存在抓取物体时柔顺性效果不明显、刚度调节范围小、抓取范围小、工作形态单一、使用寿命不长等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用巨电流变液实现分段弯曲的软体手指，所述软体手指采用巨电流变液来实现软体分段变刚度的调节，以解决现有气动式软体手结构复杂、抓取范围小、工作构型单一而导致适应性差等问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用巨电流变液实现分段弯曲的软体手指，所述软体手指包括波纹管、约束层及多个变刚度层，所述波纹管形成有第一侧面，所述约束层设置在所述第一侧面上，多个所述变刚度层沿所述波纹管的长度方向间隔设置在所述约束层上；