[发明专利]一种仿博比特虫的快速响应捕获机构

说明书

本发明公开了一种仿博比特虫的快速响应捕获机构。摩擦电式非接触接近感知单元贴附在三爪执行模块上，气动双稳态驱动模块安装在三爪执行模块上；捕获爪铰接三爪执行模块的驱动座；气囊驱动装置的一端铰接驱动座的一端，另一端铰接驱动座的侧部；摩擦电式非接触接近感知单元和气动双稳态驱动模块电连接外部采集控制模块，气囊驱动装置连通外部气泵，外部采集控制模块电连接外部气泵。本发明通过感知单元以非接触的方式提前感知接近物体，扩展了捕获机构的感知范围；增设的负刚度缓冲层对释放的能量进行有效缓冲，保护了爪体和被抓物不受破坏；通过气囊触发存储在拉伸弹簧中的能量，进而实现捕获机构的快速闭合，提高了捕获机构的响应速度。

技术领域

本发明涉及了一种快速响应捕获机构，具体涉及一种仿博比特虫的快速响应捕获机构。

背景技术

目前，在软体机械手领域，受限于弹性体的固有局限性，软体机械手通常表现出缓慢的执行速度和较弱的机械承载力。然而自然界中，一些动植物虽然只具有柔软的生物结构，但在捕食时却可以展现出非接触感知和快速捕获能力。典型的例子便是搏比特虫的瞬态捕食过程。当鱼类靠近博比特虫时，博比特虫通过五根独特的传感触须实时感知鱼类的运动，并通过肌肉驱动进食器官来快速捕获猎物，由于其超快的速度和超强的攻击能力，博比特虫在发动攻击时能瞬间将鱼类撕成两半。通过研究发现，博比特虫口器闭合是一种超快的瞬态运动(≈500ms)，而这样的特殊能力得益于其可快速触发的不稳定能量存储机制，在外界刺激下存储在肌肉系统中的这部分能量能快速释放，以实现捕获器快速响应，故目前缺少一种仿博比特虫的快速响应捕获机构。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种仿博比特虫的快速响应捕获机构，以达到提升捕获机构的感知范围和响应速度的目的。

本发明采用的技术方案是：

本发明快速响应捕获机构包括四个摩擦电式非接触接近感知单元、气动双稳态驱动模块和三爪执行模块，四个摩擦电式非接触接近感知单元贴附在三爪执行模块上，气动双稳态驱动模块安装在三爪执行模块上；三爪执行模块包括驱动座和三个捕获爪，三个捕获爪的根端沿周向均匀间隔铰接在驱动座的一端，驱动座的一端作为捕获机构的爪心处，三个捕获爪的末端朝爪心处外弯曲；其中一个摩擦电式非接触接近感知单元贴附在爪心处，另外三个摩擦电式非接触接近感知单元分别贴附在三个捕获爪的爪内侧；气动双稳态驱动模块包括三个气囊驱动装置，三个气囊驱动装置的一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块的驱动座的一端，每两个捕获爪的末端之间铰接有一个气囊驱动装置的一端，三个气囊驱动装置的另一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块的驱动座的侧部；四个摩擦电式非接触接近感知单元和气动双稳态驱动模块均电连接外部采集控制模块，气动双稳态驱动模块的三个气囊驱动装置均连通外部气泵，外部采集控制模块电连接外部气泵。

所述的三爪执行模块的驱动座包括三个驱动臂、底座、活动套、滑杆、若干限位杆和爪座，各个限位杆沿周向均匀间隔平行安装在滑杆的外周并与滑杆不相接触，滑杆和各个限位杆的一端连接爪座的一端面，滑杆和各个限位杆的另一端连接底座的一端面，底座的另一端面固定安装在外部固定处，以进行物体的捕获；爪座的外侧面沿周向均匀间隔设有六个第一铰接结构，三个捕获爪的末端和三个气囊驱动装置的一端间隔交错铰接在爪座的六个第一铰接结构上；远离滑杆的爪座的另一端面作为捕获机构的爪心处；滑杆和各个限位杆上共同活动套装有活动套，活动套的外侧面沿周向均匀间隔设有六个第二铰接结构，三个气囊驱动装置的另一端铰接在活动套的其中三个间隔的第二铰接结构上，活动套的另外三个第二铰接结构上分别铰接三个驱动臂的一端，三个驱动臂的另一端分别铰接三个捕获爪的爪外侧的靠近滑杆的一侧。

所述的三爪执行模块的三个捕获爪的爪内侧均为负刚度缓冲层，三个摩擦电式非接触接近感知单元分别贴附在三个捕获爪的负刚度缓冲层上。负刚度缓冲层可以扩展摩擦电式非接触接近感知单元的铺设面积，还可用以吸收气动双稳态驱动模块中所释放的部分能量，从而保护待捕获物体在捕获后不被破坏；四个摩擦电式非接触接近感知单元均分别完全覆盖捕获机构的爪心处和三个捕获爪的负刚度缓冲层。