[发明专利]一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手及其抓取方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器手领域，特别是一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手及其抓取方法。

技术背景

机械手又称夹持类末端执行器，不论其应用于搬运机器人、装配机器人或更专业的特定场合，其基本目的是实现对物体的抓取功能。常用的机械手部为两-三指或变形指，但这类机械手部通常针对固定形状或外形存在类似结构的零件设计，存在抓取缓慢，且适应性不强的问题。

随后，部分科研工作者对传统机械手部进行改造外，打破原有纯机械结构，开发了气吸式和磁吸式末端执行器。这类执行器在大型、易碎或柔软类工件的抓取中展露头角，同时由于特殊的作用方式以及气源和磁力源通断控制方便使抓取过程更加快速稳定。气吸式手部主要是利用真空吸盘吸附住物体实现抓取，适用于板材的抓取，或针对特定物体的吸附表面进行设计，所以其使用范围受物体表面形状限制，使用范围较小。磁吸式手部主要是利用电磁吸盘来完成工件的抓取，通过电磁线圈中电流的通断来完成吸附操作。但它只能适用于磁性材料、吸附完成后有残余磁性等，使其适用受到一定的限制。

为满足末端执行器抓取功能更加广泛的适应性，仿生学被广泛应用于机器手的设计过程中。美国FESTO公司公开了一种纳米力抓手，它模仿壁虎的吸盘式元件能牢固而持久地贴在被抓取物的表面，无需耗能，可以抓取具有光滑表面的极其易碎的物品，如玻璃或显示屏。随后FESTO公司又相继公开了采用鱼尾鳍仿生设计的仿生三角抓手以及多种仿人手末端执行器。此类末端执行器能较好地实现适应性抓取功能，但纳米力抓手的微观结构制造困难，仿生三角抓手及仿人手末端执行器的机械结构过于复杂。

发明内容

本发明的目的是，针对现有的技术不足，提出一种能满足适应性抓取且易于制造、结构较为简单的仿章鱼触手适应性抓取软体机械手。

本发明的另一个目的是针对现有技术不足，提出一种能满足适应性抓取的仿章鱼触手适应性抓取软体机械手的抓取方法。

本发明为解决上述问题采用的技术方案是：

本发明一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手，主要包括触手、气管、电气比例阀、应变片、电磁阀。触手模仿章鱼触手形状，成不规则长条圆锥状，触手端部有直径较大的触手凸起，便于装卡。触手内部在比径向截面半径小的同心圆周上，均匀分布有成组的椭球形调压型腔。触手内部成组的椭球形调压型腔沿触手轴向均匀分布。椭球形调压型腔的长轴沿触手径向方向，短轴沿触手轴向方向。触手内部有沿其轴向布有主气路，沿轴向分布的每一列椭球形调压型腔对应一条主气路，主气路不直接通过椭球形调压型腔，由支气路与椭球形调压型腔相连。椭球形调压型腔和主气路相连的支气路处设有电磁阀。主气路直径大于支气路直径，主气路末端连有气管，气管与电气比例阀相连。每两组椭球形调压型腔中间放置有应变片。或触手表面有吸盘形凸起，吸盘形凸起背面装有沿触手轴向布置的应变片。吸盘形凸起径向分布位置与椭球形调压型腔一一相对，其轴向分布位置位于每两组椭球形调压型腔中间。通过应变片信号的反馈及与电磁阀和电气比例阀之间的配合，实现球形调压型腔的产生不同的形状变化，从而控制触手弯曲，通过对多组调压型腔的控制，实现对物体缠绕。

本发明一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手，其基本工作原理是控制径向分布的一组内不同的椭球形调压型腔的气压变化，导致该组内的椭球形调压型腔的产生不同的形状变化，从而控制触手弯曲，通过对多组调压型腔的控制，实现对物体缠绕。

本发明一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手的触手制造方法，所述的触手及其内部椭球形调压型腔、主气路、支气路和表面的吸盘形凸起可使用3D打印技术一次成型；也可根据通过调压型腔的轴向截面将其分割成多个相同的部分，使用模压成型而后粘合成触手形状。成型所用材料可以为聚氨酯、硅胶或橡胶等弹性体。成型后的触手有较好的自身强度和刚度。

本发明一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手，所述的触手内部在比径向截面半径小的同心圆周上，均匀分布有成组的椭球形调压型腔，其个数可以为两个、三个、四个、六个至多个，沿触手轴向均匀分布的调压型腔组数可以为三组、四组、五组至多组，具体个数及间隔距离可以根据物体大小及触手缠绕物体所需的自由度设定，主气路、支气路、吸盘形凸起及应变片个数与之对应增减。

本发明一种仿章鱼触手适应性抓取软体机械手，所述的触手内部可以沿轴向嵌入钢丝绳，从而增加触手的强度，以提供更大的抓取力。嵌入钢丝绳子的数量根据所需抓取力的大小确定。嵌入钢丝绳的位置可以在触手径向截面的圆心，也可以在径向截面不同半径的同心圆周上隔过椭球形调压型腔均匀分布。