[发明专利]一种具有自感知功能的仿生磁控柔性抓手装置

说明书

本发明请求保护一种具有自感知功能的仿生磁控柔性抓手装置，具体属于机器人设备技术领域，由感知动作组件、磁场产生组件、采集控制模块和电源装置组成。采用具有应变与压阻感应、磁控形变与摩擦功能的磁敏橡胶聚合物一体化成型的仿生柔性抓手，根据控制模块中软件层面的定位算法以协调各部件以实现精准抓取。由于本发明采用具有应变与压阻感应的材料与具有磁控形变和摩擦的材料一体成型，使得仿生磁控柔性抓手装置具有感知反馈、智能调控的能力，能够精确完成抓取任务。在工业制造，食品工程等具有复杂异构表面物体的生产制造过程中具有极大的适应性及广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于机器人设备技术领域，具体涉及一种具有自感知功能的仿生磁控柔性抓手。

背景技术

随着机器人技术和自动化技术的不断更新迭代，交互设备的智能化和自动化越来越重要，而传统刚性结构的夹具和抓手存在更换成本高、控制算法复杂等问题，使其在一些领域中的应用受到了极大地限制，因此柔性抓取技术成为了当下的热门研究。基于智能材料的柔性抓手，因其高度的抓取适应性和简易的控制方式，已被大量的研究，并在机器人、医疗、工业制造等领域具有重大的应用前景。

现阶段的柔性抓取装置，按调控方式，分为气动、电场驱动、磁场驱动。气动柔性抓手虽然抓取力较强，但是制作工艺复杂，工作时噪音较大，也无法小型化。电场驱动的需要千伏级别的电压，才能产生足够的抓取力，对于生产过程而言较不安全。而磁场驱动式柔性抓取装置，属于非接触式的外场调控，具有快速响应、可以远程操控等优点。《一种柔性磁吸机器人辅助抓手》 [CN110434883A]中虽然提及了一种柔性磁吸抓手，但其仍局限于电机驱动的传统模式，在对小型的操作对象进行精密操作时，电机输出力矩的控制会十分困难。

人类通过对自身以及各种灵长类动物手部的研究，发现了手指弯曲贴合被抓取物以保护被抓取物品的现象，在抓取过程中，人类手掌的皮肤表面能够感知物品的材质、外形等，并且人类的关节能够弯曲，实现一定程度的贴附，适应被抓取物体的表面。通过对物品滑动的感知情况，能够调节抓握力，实现更好的抓握；通过对动物界中主动调控自身与接触面的摩擦力的动物的研究，如蛇：在运动过程中主动调控自身的鳞片角度，以改变自身的摩擦力，实现更好的运动。发明设计出一种具有自感知功能的仿生磁控柔性抓手。

磁流变弹性体是一种受磁场控制的具有良好综合性能的复合材料，在磁场的作用下具有快速的响应性，并且可以根据基体配比调节柔韧性，在加入了特殊敏感材料后，能在保证快速响应性的前提下，完成感知任务，如同人手同时实现抓握与感知物体形状，并且智能调节抓握力大小。本发明采用具有磁控形变、磁致摩擦、应变与压阻感应特性的磁敏橡胶聚合物构成的柔性手指，使得柔性抓手装置采用磁控的方式完成抓取任务，并且不同于以往的开环控制磁场，通过一体化成型的技术，在柔性手指的指端加入压阻感应材料，在末端加入应变感应材料达到可以闭环反馈调控磁场大小，精准控制智能柔性抓手，以特定的形变和力度抓取物品，又因为仿生柔性抓手接触面能在磁场作用调控表面粗糙度增强抓取效果，且橡胶制的抓手因为其柔软的特性，所以可保护被抓取对象形貌和内部结构。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种具有自感知功能的仿生磁控柔性抓手装置。本发明的技术方案如下：

一种具有自感知功能的仿生磁控柔性抓手装置，其包括：感知动作组件、磁场产生组件及电路装置；所述感知动作组件由柔性手指与固定部件构成，所述的柔性手指，包括感知组件与抓取组件两部分，其中感知部分由压敏与应变敏感材料共同构成，动作部分由硬磁颗粒构成，通过分层、嵌入等方式共同添加进基体中，采用一体成型技术构成感知动作组件；固定部件包括固定螺栓与夹具，用于固定柔性手指；所述磁场产生装置由铁芯、线圈和导磁外壳构成，磁场产生装置用于产生磁场驱动动作组件，磁场产生装置与感知动作组件相连接，所述电路装置提供传感采集、数据处理、磁场控制以及电源供应。