[实用新型]一种模块化软体机械手

说明书

本技术公开一种模块化软体机械手，通过联接端子，联接多个执行单元。执行单元分为扭转单元，弯曲单元和拉伸单元。执行单元为硅胶合成材料制成的柔性中空管状结构，通过对腔体充气，由扭转，弯曲，拉伸单元功能，模拟人的手臂自由度，实现机械手更大的执行空间。执行单元包括形变部分和刚度调节部分，形变部分主要由软体基体和外围约束纤维组成。模块化软体机械手由扭转单元、弯曲单元、拉伸单元构成。一种模块化软体机械手通过联接端子联接扭转，伸长，弯曲单元，模拟人的手臂关节自由度,可以实现更大的操作空间，实现对复杂环境的抓取，具有极高的作业效率，保证与外界操作对象与操作环境交互时具有极高的安全性。

技术领域

本专利属于软体机器人技术领域，具体而言涉及，是一种模块化软体机械手。

背景技术

随着科学技术的蓬勃发展，机器人已广泛应用于工业生产、医疗、勘探、科学实验和抢险救援等各个方面。传统机器人的工作结构主要是以刚性结构为主，现阶段在各个领域也有着较广的应用，与之相关的技术也已较为成熟。然而，传统的以刚性结构为基础的机器人，不可避免的在结构、安全性、灵敏度以及适应性方面存在缺陷。随着新型智能材料的不断革新，以及相应技术的不断发展，软体机器人成为研究热点，它具有无限的自由度与很强的连续变形能力以及很好的环境适应性，能够在复杂的工作环境中工作，通过改变自身的形态来穿越狭窄的缝隙、孔洞、通道等。

目前，大部分机器人多采用刚性结构和刚性驱动器驱动设计，具有高精度、高速度、负载高等特性，主要应用于有专业化和精确化要求的场合。但是在家庭服务、医疗康复等领域，由于环境的不确定性和个体差异性，刚性机器人通常难以胜任。于是人们展开了对软体机器人的研究。与刚性机器人不同，软体机器人具有以下特点：1）柔性材料在空间内有多个自由度，只需简单的结构，软体机器人就能实现连续灵活的变形。2）柔韧性材料的柔顺性较好，可以根据复杂变化的工作环境，来改变自身的大小和形状。3）软体机器人能保证与外界操作对象与操作环境交互时具有较好的安全性。4）软体机器人整体形态结构简单，可以采用模块化设计与组装，设计和制造成本较低。

2007 年，美国国防部设计了一个化学机器人Chembots，其具有较大的柔韧性，能够根据通道的大小，调节自身的尺寸和形状，来通过通道。2014 年美国RUS 课题组设计了一种可自由游动的软体机器鱼，通过尾部进行驱动，可进行快速的移动。麻省理工学院等多所高校的研究人员研制了一种软体蠕虫机器人，不仅可以蠕动，而且具有很强的抗冲击能力。哈佛大学George M. Whitesides 研究小组设计并制作了一种充气式蠕动软体机器人，抗击性能强，通过气压驱动，可以穿越狭小空间。

软体机器人是机器人技术研究的全新方向，它弥补了传统机器人在某些功能上的缺陷，在很多方面都有其用武之地，未来发展的前景一片光明。但是由于对它的研究才刚刚起步，在材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究，所以对于它的研究也充满了困难与挑战。

发明内容

为了弥补刚性机器人无法兼顾柔韧性和刚度调节的缺陷，本发明提供一种模块化软体机械手，它具有无限的自由度与连续变形能力以及很好的环境适应性，具有良好的人机交互安全性。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

本专利所述的模块化软体机械手，它具有执行单元，所述执行单元为外周缠绕有螺旋形约束纤维、内部有腔室的柔性柱体；执行单元有三种，即通过对腔室充气或抽气实现扭转，弯曲，拉伸的扭转单元，弯曲单元和拉伸单元；该模块化软体机械手至少包括两个不同种类的执行单元，相邻两个执行单元的端部之间通过联接端子联接；联接端子上开有与联接在其上的两个执行单元中的至少一个执行单元的内部腔室相通的气道。