气液可逆转变式软体机械手制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。应用广泛。

【技术实现步骤摘要】
气液可逆转变式软体机械手


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]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，本专利技术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。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]本专利技术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。
[0006]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；
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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，
[0010]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。
[0011]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。
[0012]所述的加热层采用柔性加热器，可发生伸缩与弯曲变形。
[0013]所述的冷却层采用柔性材料制成。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]本专利技术利用氨水等弱电解质溶液受热分解与溶解度受温度影响的特性，通过加热与冷却使气相与液相间发生可逆转变，调节密闭容腔中的压力，驱动软体关节与软体手指发生弯曲，从而实现软体机械手抓取、装配与操纵等作业。软体关节与软体手指采用对称结构，可进行双向弯曲运动。通过柔性温度传感器与柔性压力传感器实现溶液的温度和压力检测，利用柔性应变传感器则可实现软体关节的弯曲变形检测。
[0017]现有技术的软体弯曲结构通常需要外接压力驱动器件，例如外接空压机。本专利技术结构下不需要外接任何压力驱动器件，无运动驱动源，只要通过加热和冷却就能实现软体变形，解决了外接空压机麻烦、空压机体积大使用不方便和管路布置复杂等问题。
[0018]现有技术的软体弯曲结构通常也需要外接绳索等运动件拉动进行运动，而本专利技术结构下也不需要任何运动驱动源，只要通过加热和冷却就能实现软体变形，解决了外接绳索等运动件带来的绕线复杂、易干涉和体积大等技术问题/障碍。
[0019]本专利技术的所述气液可逆转变式软体机械手适用于柔软、易碎物品或易伤害生物等对象的抓取、装配与操纵等移动作业，实现人类、机器人与操纵对象间的共融与安全作业。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术采用软体关节中加热层与冷却层改变密闭容腔内弱电解质溶液的温度，调节气液混合体的压力，使柔性骨骼发生弯曲变形，并通过柔性传感器进行温度、压力与变形的检测，从而控制软体手指与软体机械手的弯曲运动与作业，具有输出力大、易变形、带载能力强与灵活性好等特点，可实现其结构、驱动与感知一体化设计及无源驱动。
[0022]本专利技术尤其能解决现有软体机器人依赖于电机、气源或液压站等动力源、绕线/布管复杂、噪声大、带载能力弱、变形小或驱动电压高等难题，且可简化系统降低成本，提升软体机器人柔顺性、安全性与人机物共融水平，拓宽机器人应用范围。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的气液可逆转变式软体机械手总体结构图。
[0024]图2为本专利技术的气液可逆转变式软体手指外形图。
[0025]图3为本专利技术的气液可逆转变式软体手指主剖视图。
[0026]图4为本专利技术的局部放大图A。
[0027]图5为本专利技术的冷却流道剖视示意图。
[0028]图6为本专利技术的气液可逆转变式软体机械手内抓示意图。
[0029]图7为本专利技术的气液可逆转变式软体机械手外抓示意图。
[0030]图8为本专利技术的气液可逆致动原理图。
[0031]附图中：1.密闭容器壁；2.气体；3.气泡；4.加热器；5.冷却装置；6.溶液；7.法兰；8.冷却入口；9.冷却出口；10.软体手指；
[0032]11.第一软体关节；12.第二软体关节；13.第三软体关节；
[0033]14.柔性骨骼；15.第一密闭容腔；16.第二密闭容腔；17.第三密闭容腔；18.第四密闭容腔；19.第五密闭容腔；20.第六密闭容腔；
[0034]21.柔性压力传感器；22.软体壁；23.柔性温度传感器；24.冷却层；25.加热层；26.柔性应变传感器；27.冷却流道。
具体实施方式
[0035]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。
[0036]如图1所示，装置包括法兰7和安装在法兰7上的软体手指10，法兰7上端用于对外连接，软体手指10一端与法兰7下端连接并阵列分布于法兰7下面，另一端处于自由状态；具体实施中，设置多个软体手指10沿周向间隔分布于法兰7下端面。
[0037]如图2所示，每个软体手指10包括第一软体关节11、第二软体关节12、第三软体关节13、柔性骨骼14、冷却入口8和冷却出口9，
[0038]柔性骨骼14呈板状结构，柔性骨骼14上端固定连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气液可逆转变式软体机械手，其特征在于：包括法兰(7)和安装在法兰(7)上的软体手指(10)，法兰(7)上端用于对外连接，软体手指(10)一端与法兰(7)下端连接，另一端处于自由状态；所述的软体手指(10)包括第一软体关节(11)、第二软体关节(12)、第三软体关节(13)、柔性骨骼(14)、冷却入口(8)和冷却出口(9)，柔性骨骼(14)上端固定连接到法兰(7)，第一软体关节(11)、第二软体关节(12)、第三软体关节(13)依次布置在柔性骨骼(14)两侧表面，柔性骨骼(14)内嵌于按顺序依次连接的第一软体关节(11)、第二软体关节(12)和第三软体关节(13)中间。2.根据权利要求1所述的气液可逆转变式软体机械手，其特征在于：所述的第一软体关节(11)、第二软体关节(12)、第三软体关节(13)的结构均相同，均包括分别对称布置在柔性骨骼(14)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(26)、加热层(25)、冷却层(24)和软体壁(22)，柔性骨骼(14)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(26)；柔性骨骼(14)外侧表面上向外依次布置加热层(25)、冷却层(24)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国龙，邓益民，张杰，赵秀，蒋雄宇，涂俊杰，
申请(专利权)人：宁波大学科学技术学院，
类型：发明
国别省市：