[发明专利]一种带触觉力和形状感知功能的气动软体手指

说明书

本发明公开了一种带触觉力和形状感知功能的气动软体手指，气动软体手指的上部分为驱动器，下部分包括从下至上依次设置的硅胶基体层、触觉力感知层、形状感知层和不可延展层。触觉力感知层内设置有粘贴在硅胶基体层顶面上呈阵列分布的多个薄膜压力传感器。形状感知层内沿手指的长度方向水平设置有粘贴在触觉力感知层顶面上的一个薄片式弯曲传感器。气动软体手指的上部分利用模具一次浇注成型，下部分利用模具以分层浇注的方式制作。本发明可以测量软体手指接触物体时接触力的分布和大小，以及软体手指的形变，用于物体识别、滑动检测等，从而实现对物体更加可靠的抓取和操作。

技术领域

本发明涉及气动软体手，特别是涉及一种带触觉力和形状感知功能的气动软体手指。

背景技术

触觉感知是指通过接触进行测量的任何属性，包括力、粗糙度、温度等等。触觉感知对于人类实现物体的抓取及操作是不可或缺的。20世纪80年代初期，局部麻醉实验表明人类的触觉感知对于实现稳定抓持是非常重要的。通过触觉感知，人类可以严格控制所施加的抓持力，从而实现最优的抓持，即保证手和被抓持物体之间不产生滑动的同时使抓持力不会过高。气动软体手作为机器人操作物体的一种末端执行器，具有良好的灵活性、适应性，以及安全的人机交互性。将触觉感知系统和气动软体手相结合，能用于提高抓取的稳定性和可靠性、实现物体识别、滑动检测等。

传统的气动软体手在操作物体时，缺乏对外界信息的感知能力，极大的限制了其抓取和操作的可靠性。而目前常见的触觉传感器多数由于结构刚度、质量、尺寸等因素的限制，无法用于气动软体手。另外，若将传感器在没有感知功能的气动软体手上进行简单安装，会影响其抓取性能，且反馈信息单一，无法全面地提供抓手实现可靠抓取所需要的信息。

为满足机器人末端执行器对物体感知的需要，在气动软体手中引入触觉感知，进行一体化的设计制作，是气动软体手发展的必然趋势和要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现对物体更加可靠的抓取和操作的带触觉力和形状感知功能的气动软体手指。

本发明的一种带触觉力和形状感知功能的气动软体手指，气动软体手指由上下两部分组成,气动软体手指的上部分为驱动器，所述的驱动器为由左右依次连接的多个梯台形空腔形成的一体式气囊,多个梯台形空腔底部相互连通，所述的气囊与气泵相连,气动软体手指的下部分包括从下至上依次设置的硅胶基体层、触觉力感知层、形状感知层和不可延展层，所述的触觉力感知层、形状感知层和不可延展层的基体均由硅胶构成，在所述的触觉力感知层内设置有粘贴在硅胶基体层顶面上且包覆在触觉力感知层硅胶基体中的多个触觉力传感器，在所述的形状感知层内设置有粘贴在触觉力感知层顶面上且包覆在形状感知层的硅胶基体中的一个薄片式弯曲传感器，在所述的不可延展层的硅胶基体中沿水平方向内嵌有网格布用于防止手指下部分的膨胀变形,所述的驱动器底部和不可延展层之间通过硅胶连接并密封。

本发明与现有发明相比，本发明具有以下优势：

本发明的手指，合理分布了薄膜压力传感器和弯曲传感器，因此可以测量软体手指接触物体时，接触力的分布和大小，以及软体手指的形变。这些信息用于物体识别、滑动检测、形状估计、抓持稳定性评估、抓持力反馈控制等方面，从而实现对物体更加可靠的抓取和操作。

附图说明

图1是本发明的带触觉力和形状感知功能的气动软体手指的爆炸结构示意图；

图2是本发明的带触觉力和形状感知功能的气动软体手指三维结构示意图；

图3(a)、3(b)、3(c)分别是制备图2所示的手指的模具三维模型图；

图4是本发明的手指的制作流程图；

图5(a)是本发明的薄膜压力传感器一种分布示意图；

图5(b)是本发明的薄膜压力传感器另一种分布示意图；