[发明专利]气液可逆转变式软体机械手

说明书

本发明公开了一种气液可逆转变式软体机械手。包括法兰和安装在法兰上的软体手指，软体手指包括多个软体关节、柔性骨骼、冷却入口和冷却出口，柔性骨骼接到法兰，软体关节依次在柔性骨骼两侧表面，柔性骨骼内嵌于软体关节中间；软体关节包括两个气液变形组件，每个包括容腔容器、柔性应变传感器、加热层、冷却层和软体壁，柔性骨骼外侧表面上向外依次布置加热层、冷却层和容腔容器，容腔容器包括密闭容腔、柔性温度传感器、柔性压力传感器。本发明实现了软体机械手结构、驱动与感知一体化设计及无源驱动，具有输出力大、易变形、带载能力强与灵活性好等优点，可提升软体机械手输出特性与集成度，应用广泛。

技术领域

本发明涉及机器人领域的一种软体机械手，尤其涉及了一种气液可逆转变式软体机械手。

背景技术

随着经济社会的发展，机器人技术正朝着具有无限自由度的连续体与软体机器人方向发展，可连续变形，具有柔顺性和人机物交互安全性好的特点。然而，现有软体机器人存在依赖于电机、气源或液压站等动力源、绕线/布管复杂、噪声大、带载能力弱、变形小、驱动电压高或系统体积质量大等缺点，难以满足人机物共融与移动操作等应用需求。

发明内容

为了克服现有绳索、气压、液压、记忆合金丝与介电弹性体等新材料驱动的软体机械手绕线/布管复杂、噪声大、带载能力弱或变形小等缺点，本发明提供了一种气液可逆转变式软体机械手，具有输出力大、易变形、带载能力强与灵活性好等优点，可实现其结构、驱动与感知一体化设计及无源驱动，可提升软体机械手输出特性与集成度，应用广泛。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明包括法兰和安装在法兰上的软体手指，法兰上端用于对外连接，软体手指一端与法兰下端连接，另一端处于自由状态；所述的软体手指包括第一软体关节、第二软体关节、第三软体关节、柔性骨骼、冷却入口和冷却出口，柔性骨骼上端固定连接到法兰，第一软体关节、第二软体关节、第三软体关节依次布置在柔性骨骼两侧表面，柔性骨骼内嵌于按顺序依次连接的第一软体关节、第二软体关节和第三软体关节中间。

所述的第一软体关节、第二软体关节、第三软体关节的结构均相同，均包括分别对称布置在柔性骨骼两侧表面的两个气液变形组件；每个气液变形组件包括了容腔容器、柔性应变传感器、加热层、冷却层和软体壁，柔性骨骼在布置软体关节处的外侧表面上开设有内凹槽，内凹槽中安装柔性应变传感器；

柔性骨骼外侧表面上向外依次布置加热层、冷却层和容腔容器，容腔容器主要由密闭容腔、柔性温度传感器、柔性压力传感器组成，密闭容腔在靠近冷却层的端面开口，并且在开口处密闭地安装布置柔性温度传感器和柔性压力传感器，密闭容腔被柔性温度传感器和柔性压力传感器密闭的内腔中装有弱电解质溶液。

每个软体关节中的两个气液变形组件中的柔性应变传感器分别布置在柔性骨骼两外侧表面对称开设的内凹槽中。

所述的冷却层在靠近法兰处开设有冷却入口与冷却出口，冷却层内部设有冷却流道，冷却入口经冷却流道与冷却出口连接，

所述的冷却层的冷却流道贯穿于第一软体关节和第二软体关节并在第三软体关节中相互连通，冷却流道中通有水等冷却介质，用于降低容腔容器的温度。

所述的柔性骨骼采用弹簧钢、弹性合金或复合材料等材质，但不限于此。

所述的加热层采用柔性加热器，可发生伸缩与弯曲变形。

所述的冷却层采用柔性材料制成。

所述的柔性温度传感器与柔性压力传感器，可发生伸缩与弯曲变形。

所述的软体壁采用内嵌径向高强度纤维限制层的橡胶等软质材料构成，具有径向变形小而伸缩与弯曲变形大的特点。高强度纤维采用玻璃纤维、聚乙烯纤维或金属丝等材质，但不限于此。