[发明专利]一种具有自感知功能的柔性智能吸附装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有自感知功能的柔性智能吸附装置及其制备方法。该装置由吸附部件、自感知部件、外壳和驱动部件组成。其中吸附部件由改性聚氨酯经墨水直写打印一体化成形，自感知部件由两个正对着的矩形自感知结构构成，矩形自感知部件由改性聚氨酯中添加一定比例导电颗粒构成的油墨经墨水直写打印而成，自感知部件是一个集电容式传感和电阻式传感于一体的双重感知器；驱动部件及外壳为该吸附装置提供吸附动力源和安装条件；自适应控制算法使该装置识别接触表面的形貌从而改变机器人足端或机械臂的姿态。本发明可用于爬壁或抓取类机器人，在自适应自感知功能辅助下，机器人将更便于复杂表面结构下的壁面检测、军事反恐、物流分拣、安装维护等作业。

技术领域

本发明属于器件设计技术领域，具体涉及一种具有自感知功能的柔性智能吸附装置及其制备方法，主要应用于各种机器人末端执行装置。

背景技术

近年来，随着计算机，通信，智能制造等领域的快速发展，使用在各行各业的特种机器人越来越多。机器人的出现为人类解决了很多难题，其可以代替人工完成一些重复性高，危险度高，环境恶劣等的工作，目前在工业生产，紧急救援，特种作业，餐饮服务等行业的机器人是重点研究的对象。对于机器人而言，末端粘吸附装置是机器人工作的重要机构。

在物流运输领域，机器人需要末端执行装置来操纵各种各样的物体，目前抓取方式主要有钩爪式机械手，加持式机械手及吸盘式机械手，这些传统抓取方式多为刚性抓取且无法对抓取力和抓取状态做出判断，对机械手抓取物体成功与否往往使用外加传感器或力传感器来确认，或根本没有确认成功与否的功能，目前较为先进的如专利CN111977368A发明的一种微小产品抓取装置，其通过压电传感器实时感知吸盘与被抓取物之间的接触力，外加传感器方式在结构上繁琐冗余，严重影响了抓取效果。

在用于基础设施维护的爬壁机器人领域，传统机器人采用电磁吸附，真空吸附，爪刺抓取等手段进行壁面黏附，然而这些传统的黏附方式普遍没有自感知功能，无法对所黏附的壁面环境进行感知，这将是爬壁机器人工作时的一个重大隐患。首先，在没有感知到壁面环境的情况下进行吸附移动容易导致机器人因“失足”而坠落，如真空吸附机器人足端吸盘碰到壁面裂缝导致吸附无效；其次，机器人无法根据壁面环境及时进行路径规划，如专利CN105460100A发明的用于复杂壁面的爬壁机器人吸盘装置，其通过外加传感器探知吸盘是否碰触壁面，判断吸盘与吸附壁面的相对位置。但外加传感器进行感知方式存在感知位点受限不充分，传感器容易损坏导致感知不稳定的缺点。最近的如日本关西大学Aoyagi,Seiji等人在Bellows Suction Cup Equipped With Force Sensing Ability by DirectCoating Thin-Film Resistor for Vacuum Type Robotic Hand一文中说明的，其通过在商用吸盘上涂覆导电薄膜实现感知功能，但外涂覆导电薄膜存在感知结构易损坏，可重复性低，响应滞后，单项应变感知机理的灵敏度，精确度受限等问题。

因此，无论在物流运输领域还是爬壁机器人等其他领域，迫切需要一种能进行自适应自感知的吸附装置用于机器人末端，这将使得机器人在物流分拣时稳定准确得工作，在基础设施维护时稳定有效吸附在壁面上。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有吸附装置无法进行自适应自感知，不可控，吸附稳定性差，应用环境受限和智能化程度低的问题，提供一种具有自感知功能的柔性智能吸附装置，包括吸附部件、自感知部件和驱动部件，其中所述吸附部件包括基体和若干吸盘，所述吸盘的非吸附端与基体固定连接，在所述基体上设置有凹槽；所述凹槽内设置自感知部件，自感知部件包括感知保护层和导电层，靠近凹槽槽壁为感知保护层，感知保护层上为导电层；所述驱动部件包括气压驱动接口，所述气压驱动接口设置在吸盘的非吸附端。

具体地，吸盘与基体的固定连接可以是吸盘的非吸附端嵌入基体内。所述吸盘呈阵列排列。

进一步，所述吸盘的吸附端设置为波纹管结构，便于在吸附端的负压下吸附时有易于形变的特性。