CN107107344A - 附接轮毂和抓持器组件的软机器人致动器、加强致动器及电附着致动器 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于将包括各种结构软致动器的不同抓持器组件联接至机械机器人部件的轮毂组件。还描述了具有不同加强件的软致动器。还描述了具有用于提升抓取的电附着垫的软致动器，和/或用于与被抓取物体的互补表面相配合的嵌入式电磁体。还进一步描述了具有用于减小或消除应变限制层内的弯曲或者用于加强所述软致动器主体中的风琴褶槽的加强机构的软致动器。

Description

附接轮毂和抓持器组件的软机器人致动器、加强致动器及电 附着致动器

相关申请

本申请要求均提交于2015年9月17日的美国专利申请编号62/051,546 和62/051,571的优先权。前述申请的内容被援引纳入本文。此外，在全文被援引纳入本文的PCT国际申请号WO2012/148472中讨论了不同的软机器人技术。

技术领域

本文总体涉及机器人领域，并且尤其涉及用于将软机器人致动器与另一机械系统连接的轮毂和组件，以及加强的和/或电磁增强的软致动器。

背景技术

机器人应用于许多行业，例如制造业、工业应用以及医疗应用等。软机器人是机器人的发展领域，其提供了软的、适形的以及自适应的抓持器和致动器以使机器人能够以与人相似的方式与物体相互作用。特别地，这样的机器人能够以与人手相同的方式操作物体。例如，如果零部件在架子上、移动带上，或者从架子上被移到带上，末端执行器可以适应性地从不同方向拾取物体，例如“侧拾”或“由上自下拾取”。同样的抓持器就像人手能做的那样还可在每个任务中适应变化的物体。

Stokes Adam A.、Shepherd Robert F.、Morin Stephen A.、Ilievski Filip和Whitesides George M.在2014年3月发表在《软机器人》卷1(1):70-74.doi: 10.1089/soro.2013.0002的文章《结合硬和软机器人的混合体》中公开了结合“硬”和“软”机器人的磁组件，这篇文章的全文被援引纳入本文。然而，所提出的硬和软机器人的结合并没有提供类似于人类操作所需的多功能性。

特别是当前的末端执行器很难适应变化的零部件位置(例如，在架子上，在传送带上等)。此外，当前的末端执行器也很难适应变化的零部件尺寸和几何尺寸。而且，当前的末端执行器需要复杂的控制系统来操作。

此外，传统的软机器人致动器是由一种弹性材料，例如硅弹性体构造而成。为了适应某些期望的行为，一些致动器包含不同刚度或壁厚的弹性体。这种可变厚度或刚度的层有时被称为应变限制层。一些致动器的弹性体使用掺杂型或共混型的纤维材料。这种共模塑纤维旨在提高抗刺穿性能并且强化所述致动器。一些致动器使用带有裂缝的纺织袜以增加致动器机构的操作压力。

然而，所有这些致动器都有一些局限性。特别地，由于为获得期望的行为需要大量的材料，这使得通过快速减薄或加厚壁区来增强或限制致动器而使用相似但更硬的弹性体的致动器变得沉重且笨重。这是因为更硬的两种材料仍是类似化学成分的弹性体并且只能达到非常有限的刚度差异。在刚度与硬度高度相关的硅树脂的情况下，用于软致动器的硅绝缘体通常在10-80A 的硬度计范围内，在致动器的选择区之间产生的刚度差异最高达到800％。这还意味着当达到更高刚度差异时，主要在较弱且较软的弹性体区耗费力量。

类似地，通过采用加厚的壁或略硬的弹性体变体来加强而获得更高功能的致动器还受限于一组其它同等重要的机械性能。结果，这些致动器具有不良的机械阻尼特性而导致致动器变软或控制不良。此外，与更适于承受刺穿、急性损伤、热冲击、或一般磨损和疲劳的材料相比，这样的致动器具有有限的抗撕裂或抗剥蚀性能。进而，这些结构材料的负荷响应几乎普遍是各向同性的。

具有纤维增强体的致动器通过模制纤维被引入到作为填充物的共混型纤维“浆状物”或致动器中。尽管这样的技术稍微改善了抗刺穿性并增强了整体优势，但是这类致动器排除了模块化或不用丢弃整个致动器而维修这种增强体的可能性。此外，纤维增强致动器在面对环境时显现出脆弱的橡胶表面，并且普遍存在弹性体纤维分层、疲劳寿命有限以及环境抵抗力差的问题。

本发明针对上述限制。特别是本发明提供了对硬和软机器人连接的改进，并且还提供了改进的致动器。

附图说明

图1示出了根据本发明各种示例的软机器人致动器及轮毂组件的示例性实施例的立体图。

图2A-C是图1的轮毂组件的分解图。

图3A-3E是图1的软机器人致动器和轮毂组件的装配图。

图4A-4D是用于图1中轮毂组件的示例性扭锁接口的透视图。

图5示出了图4A-4D中扭锁接口的使用方法。

图6是图4A-4D中的扭锁接口的横截面视图。

图7A-7G是用于图1中轮毂组件的示例性磁接口的立体图。

图8示出了用于图1中轮毂组件的示例性静电附着接口的立体图。

图9A-9D示出了使用图1中轮毂组件和软机器人致动器的示例抓持器的立体图。

图10A-10C示出了使用图1中轮毂组件和具有机电部分的软致动器的示例抓持器的立体图。

图11A-11E示出了使用图1中轮毂组件和具有构造用于改变迎角的侧致动器的软致动器的抓持器的立体图。

图12A-12D示出了使用图1中轮毂组件和构造为基本包围物体的不同长度的软致动器的抓持器的立体图。

图13示出了使用图12A-12D中抓持器的方法。

图14-21是加强致动器的立体图。

图22-26是用于与软致动器一起使用的加强围套的立体图。

图27-28示出了具有嵌入式电磁体性质的示例性软致动器。

图29A-29C示出了适于嵌入软致动器的示例性电附着结构。

图30A-30F示出了用于加强软致动器的示例性加强件结构。

发明内容

描述了被构造用于执行新的基本动作(例如，弯曲、扭转、矫直等)的“软机器人”致动器。此外，还描述了用于这种软机器人的轮毂和抓持器组件。示例性实施例可采用用作矫形装置的特定结构的软机器人技术，以及采用这种软机器人结构的相关方法。

本发明的一些实施例描述了能够与各种软机器人致动器(例如，Pneu-Ne 致动器、纤维加强致动器、软触手致动器、风琴褶式致动器等)和硬机器人(例如，机器人臂、机械工具或其它的机械系统)连接的轮毂组件。

此外，本发明的一些实施例提供了包括弹性致动器的抓持器。抓持器具有适形性和适应性以实时适应物体的形状和尺寸来处理各类物品。

此外，本发明的一些实施例提供了加强致动器。特别是，提供了具有各种几何形状(例如，展开风琴褶式致动器等)和加强区的致动器。在一些实施例中，提供了具有加强机构的软机器人致动器，该加强机构用于减少或消除应变限制层中的弯曲。

根据一些实施例，提供了具有一个或多个嵌入式磁表面或电附着垫的弹性或加强致动器。磁性表面可构造为与被抓取的基板上的互补表面相配合。关于电附着垫，当其靠近基板放置时，基板与电附着垫之间会产生静电力。这允许改善致动器和被抓取的材料之间的附着，其中该粘着很容易激活或失效。

具体实施方式

以下将参见示出本发明优选实施例的附图来更详尽介绍本发明。但本发明可以以各种不同的方式来实施且不应视为被本文所述的实施例限制。相反，提供这些实施例是为了使本文更充分完善并充分向本领域技术人员表达本发明的范围。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的零部件。

根据本文，提供了用于将软机器人致动器与硬机器人组件连接的轮毂和 /或抓持器组件。此外，还描述了加强致动器。所述加强致动器与轮毂和/或抓持器组件一起使用。然而，为了方便起见，对它们进行了分别讨论。特别地在图1-13中示出了根据本发明实施例的轮毂或抓持器组件的示例，而图 14-27示出了根据本发明实施例的致动器的示例。

参见图1，示出了根据本发明的示例性轮毂100。所述轮毂100包括主侧组件10和工具侧组件20。通常，主侧组件10被连接至或可被连接至机械组件，例如机器人臂，机械臂，或一般地机器人组件(例如硬机器人)的任一个末端执行器。工具侧组件20构造为可操作地连接各种软致动器30-a(其中 a是正整数)。特别是工具侧组件20可配备有致动器附接部分20-b(其中b是正整数)。值得注意的是，工具侧组件20可构造成连接任意数量的软致动器30-a。然而，为了方便和清楚，图中示出了一些软致动器30-a(例如， 30-1,30-2,30-3和30-4)和一些致动器附接部分20-a(例如20-1,20-2,20-3和 20-4)。此外，值得注意的是，致动器附接部分20-b的数量可不同于连接至工具侧组件20的致动器30-a的数量。

一般来说，主侧组件10和工具侧组件20中的每个包括有构造成彼此可释放地联接组件10和20的接口。特别是，工具侧组件20包括接口部分21，而主侧组件包括接口部分11(在观看视角是被遮蔽的)。接口部分11和21可构造用于联接组件10和20并为膨胀管线(例如，气动的、液压的等)的连接，电连接或其它连接提供密封。

图2A-2C从不同的视角示出了轮毂100的分解图。特别地，图2A从侧视图的正面示出了轮毂100，其示出了主侧组件10和工具侧组件20。而且，致动器附接部分22-1显示在工具侧组件20内。此外，示出了接口部分11 和21。图2B示出了轮毂100的倾斜的仰视立体图，其示出了主侧组件10 和工具侧组件20。而且，致动器附接部分22-1和22-2显示在工具侧组件20 内。此外，示出了接口部分11和21。图2C示出了轮毂100的倾斜的俯视立体图，其示出了主侧组件10和工具侧组件20。而且，致动器附接部分20-1 和22-2显示在工具侧组件20内。此外，示出了接口部分11和21。

应当理解的是，接口部分11和21的区域仅在图1和图2A-2C中示出。然而，应当理解的是，接口部分可以有不同的结构并且接口部分不限于图1 和图2A-2C所示出的接口部分。

图3A-3E从不同的视角示出了附接的致动器30和轮毂100的装配图。特别是，图3A是从侧视图的正面示出的轮毂100，其示出了主侧组件10和工具侧组件20。而且，示出了附接至工具侧组件20的致动器30-2和30-3。致动器30-2和30-3示出在“中立”位置(例如，未膨胀、收缩等)。图3B从侧视图的正面示出的轮毂100，其示出了主侧组件10和工具侧组件20以及处于膨胀状态的附接的致动器30-2和30-3。图3C示出了轮毂100的倾斜的侧视图，而3D-3E示出了轮毂100的倾斜的仰视和俯视立体图(分别地)。特别地，示出了组件10和20，其与附接至工具侧并图示为膨胀的致动器30-1、 30-2、30-3和30-4连接在一起。

因此，通过改变工具侧组件20，轮毂组件100可用于在不同的抓持器组件之间快速切换。在此描述了示例抓持器组件。值得注意的是，系统可通过一个主侧组件10和每个具有不同抓持器结构的多个工具侧组件20来执行。因此，系统可以迅速地重新构造并用于执行需要不同抓持器或软致动器的不同操作。

图4A-4D示出了包括扭锁接口的轮毂组件100的示例。图4A示出了轮毂组件100从上向下的分解透视图，其示出了主侧组件10和工具侧组件20。而且，致动器附接部分(例如22-1)显示在工具侧组件20内。此外，示出了接口部分11和21的细节。特别是，接口部分11包括栓钉15和连接口16，而接口部分21包括狭槽25和连接口26。栓钉和狭槽被构造成可释放地固定到彼此。特别地，狭槽25可具有变化的直径，其中每个狭槽的一端成比例地接纳相应的一个栓钉15的端部。一旦栓钉15正好放入狭槽25中，组件10 或组件20可以被扭转以将栓钉15锁紧到位，从而将组件10固定至组件20。

图4B-4C示出了工具侧组件20的自顶视角和自上向下(分别地)的视图。如所看到的，工具侧组件20包括致动器附接部分(例如20-1)、狭槽25以及连接口26。图4D示出了工具侧组件20的侧视图。如所看到的，工具侧组件20可包括顶部台阶或凹部22，其被构造成放入主侧组件10的接口部分 11中的对应凹部中。

此外，当组件10和20固定在一起时(例如参见图6)，连接口16和26 可密封或形成密封件。因此，可以通过连接点16和26提供用于膨胀管线(例如，气动、液压等)以及电信号线的密封路径或连接点。

图5示出了将工具侧组件20固定至主侧组件10的方法。特别是在510 处，主侧组件10的接口部分11降低(或下降)至工具侧组件20的接口部分 21上。特别地，接口部分11和21被带到一起以使栓钉15正好放入狭槽25 中。值得注意的是，该图示出了设置在工具侧组件上的栓钉和主侧组件上的狭槽。在本文中不限于这些示例。在520处，主侧组件10相对于工具侧组件20被扭转以将栓钉锁紧至狭槽25中。因此，在530处，工具侧组件20 固定联接至主侧组件10。

图6示出了装配的轮毂100的横截面视图。特别地，如图所示，栓钉15 被固定至狭缝25中，并且连接点16和26形成了密封连接。

图7A-7G示出了包括磁接口的轮毂组件100的示例。特别地，图7A示出了轮毂组件的俯视的分解透视图，其示出了主侧组件10和工具侧组件20。而且，致动器附接部分(例如22-1)显示在工具侧组件20中。此外，示出了接口部分11和21的细节。特别地，接口部分11分别包括连接口16和26。而且，接口部分11包括几何形状的(例如，六角形、三角形、矩形、星形等) 凹部，而接口21包括相应的几何台阶部23。台阶部23构造成正好放入凹部 13内。此外，接口10和20分别包括磁性部分41和42。几何台阶部23和凹部13构造成防止任何剪切力使工具侧组件20从主侧组件10中脱离。此外，台阶部23和凹部13有利于工具侧组件10的定位和嵌入。

图7B-7C分别示出了轮毂组件100的另一立体图和侧视图。此外，图 7D-7G示出了不同角度和/或视图中的工具侧组件。

图8示出了包括电附着接口的轮毂组件的示例。特别地，该图示出了轮毂组件的仰视分解立体图，其示出了主侧组件10和工具侧组件20。而且，致动器附接部分(例如22-1)显示在工具侧组件20中。此外，示出了接口部分11的细节。特别地，接口部分11包括静电附着垫51。如图所示，静电附着垫设置在主侧组件10上。然而，在一些示例中，静电附着垫51可设置在工具侧组件20上。此外，在一些示例中，静电附着垫(例如51)可设置在主侧组件和工具侧组件的接口部分11和21两者之上。在另外的实施例中，在沿着致动器的抓握面的各个点处，一个或多个静电附着垫可嵌入软致动器主体中。静电附着垫可增加致动器的抓握强度。结合图29A-29C讨论示例性静电附着垫。

图9A-9D示出了轮毂组件100的示例和附接至工具侧组件20的软致动器30的结构示例。特别地，如图9A-9C所示，被收缩至真空(例如反向膨胀) 的软致动器以提高抓握精确性。在一些示例中，连接口16,26可为组件10 和20之间的膨胀管线提供密封，以使软致动器30可以被收缩和/或膨胀。在一些示例中，如图9D所示，软致动器30可从收缩的部分进行膨胀而形成膨胀的致动器30。

图10A-10C示出了轮毂组件100的示例和包括机电部分31的软致动器 30的结构示例。所述机电部分31可用于修改和/或调整致动器从处于中立位置(例如，参见图10A-10B)到处于膨胀位置(例如，参见图10C)时的迎角。

图11A-11E示出了工具侧组件20和附接的软致动器30的示例。在一些示例中，工具侧组件20可设置该示例中所示的软致动器从而为拾取物体而调整迎角。例如，图11A从不同角度和视角示出了工具侧组件20和软致动器30。如图所示，软致动器30包括软角度调节器32。图11B示出了附接有软致动器30的工具侧组件20底部视图和软角度调节器32的放大视图200。可以看出，软角度调节器32横向设置在软致动器30之间。在操作期间，多个软角度调节器32可以进行单独的膨胀或收缩(例如独立于彼此、独立于软致动器、一些这样的组合等)以调节软致动器30之间的角度。

图11C-11E示出了处于不同状态的软致动器30和软角度调节器32。特别地，图11C示出了处于中立位置的软致动器30和收缩的软角调节器32。因此，减小了软致动器30的对(例如，30-1和30-2之间以及30-3和30-4之间等)之间的角度。图11D示出了处于中立位置的软致动器30和膨胀的软角度调节器32。因此，增大了软致动器30的对(例如，30-1和30-2之间以及 30-3和30-4之间等)之间的角度并且也增大了膨胀的软致动器30的迎角。

图12A-12D示出了工具侧组件20和附接的软致动器30的示例。在一些示例中，工具侧组件20可以设置该示例中所示的软致动器以使软致动器能够完全将物体包封入内部。例如，图12A示出了不同角度和视角的工具侧组件20和软致动器30。如图所示，它们是一些不同尺寸的软致动器30。特别地，示出了具有不同长度的软致动器30。图12B-12D示出了工具侧组件20 和每个不同尺寸的软致动器30以及它们相应的运动范围(例如，收缩到完全膨胀)。特别地，图12B示出了最长的软致动器30和它们相应的运动范围(例如，从收缩到完全膨胀)。图12C示出了中等长度的软致动器30和它们相应的运动范围(例如，从收缩到完全膨胀)。图12D示出了最短的软致动器30 和它们相应的运动范围(例如，从收缩到完全膨胀)。

图13示出了使用根据本发明示例布置的软致动器和工具侧装置将物体完全包封进内部的方法。特别地，在1310处，工具侧组件和软致动器布置在待包封的物体1301(例如，杯子等)的上方。如1320，工具侧组件和软致动器下降或位于物体的正上方。在1330处，最短的软致动器30膨胀以抓持就位的物体。在1340处，中等长度的软致动器膨胀以更完全地包围物体1301。如1350，最长的软致动器膨胀以将物体1301基本上包封于内部。

图14示出了使用加强围套1401的加强致动器的实施例，所述加强围套 1401可制成平板，而且随后通过各种不同方法中的一种匹配其端部贴附于致动器1402。加强围套1401可通过任何合适的方法制成这样的形状并且不必要限制成完全平坦的。例如，其可以形成为实现用于抓握的纹理、刚度脊、或者适应延伸的展开特性。取决于预期的应用，制作加强围套1401的材料可以存在很大差别。例如，非限制性的，围套1401可由金属网或织物、聚丙烯、聚酯、聚乙烯、润滑液浸渍的聚合物、聚酯薄膜、氨纶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、乳胶、纺织品类、弹性纺织品类、可密封或薄膜涂层纺织品、弹性体、热塑性膜或片、热塑性弹性体膜或片、无纺布纺织品、纸或其它纤维质材料、单轴取向纺织品、纤维复合材料、泡棉、热塑性泡沫、热塑性弹性体泡沫、热导和电导材料、应变敏感材料、柔性电子基板如聚酰胺等制成。此外，加强围套1401还可包括设计成提供完全刚性区域或可调刚性区域的较小柔性的加强元件。这样的材料可包括，例如，镍钛超弹性弹簧、弹簧钢、金属板、螺旋弹簧、塑料或热塑板、传统印刷电路板等。

图15示出了包括可由织造材料如混编弹性线如氯丁橡胶或氨纶构造的加强围套1501的加强致动器1500。加强围套1501具有施加张力且贴合到加强致动器1502的表面的独特能力。默认情况下，织物的弹性将抵抗特定的膨胀量，直到织物的网眼角度崩溃并开始响应为刚性纤维网状物。

图16示出了具有模制在致动器本体1602内的内部加强件1601的加强致动器1600。

图17示出了包括外部加强件1701的加强致动器1700。外部加强件1701 可以是构造成改变致动器1702的阻力以在压力下展开和延伸的可调的刚性元件。例如，外部加强件1701可以是沿着风琴褶几何体(示出为方格)的直边的刚性元件，并且在弯曲区域(示出为白色)之间的“类弹簧”增大了风琴褶致动器对压力的正常响应并有效提高运行压力状况。这导致零部件在弯曲状态下更为刚硬且能够在其环境上施加更大的力。

图18示出了包括设置在致动器1802内部的减振加强件的加强致动器 1800。致动器1800可应用于将实施闭合回路控制的系统，或应用在要求精准控制的高水平人机交互中。在这样的系统中，通常期望抑制系统内的振荡。例如，抑制由外部刺激引起的振荡并在远离其机械固有谐振频率的频带内控制致动器1800可能是有利的。为此，减振加强件1801可以是以开孔结构填充在致动器1802内部的高减振粘弹泡沫或凝胶。在该图示中，充气通道1803 保持开放，以确保致动器的所有区域同时膨胀。如果包括减振加强件1801 的材料是机械坚固且高度减振的，其还可作为防止不期望的零部件膨胀的大体积的内部加强件。

图19示出了加强致动器1900，其中减振加强件1901(例如，类似于减振加强件1801)设置在致动器1902外部。这放大了它们的减振效果，因为零部件的该区域必须最大程度的拉伸待弯曲的致动器1902。

图20示出了包括外部加强件2001和致动器2002的加强致动器。外部加强件2001可具有多种结构和特征中的任一种，甚至复杂的结构和特征。这样复杂的外部加强件特征可通过使用增材制造技术实现。在这样的技术中，可将未固化的对特定波长或光谱敏感的材料施加至表面上，在其上随后通过暴露于辐射中而而固化。特别地，使用微量的分配流体还能够使多种化合物的受控混合物的沉积在表面上，有效地在表面上建立可以空间调节固化材料的性质的微尺度反应。可以采用这样的技术来形成在软致动器2002表面上示出的复合加强件2001。此外，还可以在软致动器的表面采用这些技术以选择性地增加具有广泛性能的图案化材料层。它们可以是刚性加强件、弹性纹理、外观图案、光学元件、保护层、导电层或应变敏感电阻材料。

图21示出了包括软致动器2102和包围软致动器2102的保护表层2101 的加强致动器2100。薄的和皱的或高弹性的表层材料可以使用在包括致动器的保护，围绕致动器的填充材料(未示出)的容器，高摩擦或低摩擦，耐化学性等多种不同的应用中。

图22-26示出了可在本发明不同示例中实施的加强围套(例如，围套 1401、1501等)的示例。以上公开的围套1401和1501可通过以下描述来形成。转至图22，示出了加强围套2200。围套2200可固定或可逆地贴附于展开的风琴褶式软致动器。围套2200可通过激光切割、切刀绘图、缝制、脉冲密封、射频焊接、超声波焊接、热压成型、压缩成型或注射成型来形成。此外，围套2200可包括要围绕软致动器固定的侧面释放带扣2201。围套2200 还容置多个设置在围套2200上或嵌入其内部的传感器2202和/或电子载荷 2203。例如，如图所示，电子载荷2203包括具有基于微控制器的应用电路的传统印刷电路板、电池供电和配电以及设计用于检测它们所接触的生物学对象的肌肉意图的一套肌电传感器。

现在转向图23，示出了加强围套2300。围套2300可包括上述描述的用于加强围套的特征的任意组合。此外，围套2300包括作为紧固件的可重复关闭的互锁桩2301以及通过嵌入在围套材料内的导电丝2303感测力的感测电阻器或压力传感器2302。

现在转向图24，示出了加强围套2400。围套2400可包括上述描述的用于加强围套的特征的任意组合。此外，围套2400包括横跨连接围套结构的两段的加强件的应变材料。

现在转向图25，示出了加强围套2500。围套2500可包括上述描述的用于加强围套的特征的任意组合。此外，围套2500包括作为紧固件的胶条2501 以及由嵌入围套内的导线2503从外部供电的一组发光二极管2502。

现在转向图26，示出了加强围套2600。围套2600可包括上述描述的用于加强围套的特征的任意组合。此外，围套2600包括嵌入其面向表面的底部中的防护装甲板2601以及可调的镍钛或弹簧钢风琴褶弹簧2602以对所包含的致动器的展开和伸长提供额外的阻力。

图27和图28示出了具有嵌入式电磁体2701、2801的致动器的示例，该电磁体允许致动器例如通过位于物体表面或电磁体内的感应线圈来与被抓取的物体相配合。

图27示出的实施例包括嵌入轮毂基体2702的单电磁体2701，其中轮毂 2702附接至致动器2703并使致动器2703定向。这允许电磁体2701与被抓取物体的顶部上的如箭头2704所示朝向轮毂2702的方向的互补表面相配合。包括在每个致动器2703的端部处的两个附加的电磁体2701。这允许电磁体2701与面向箭头2705指示方向的互补表面相配合。

如图28示出的实施例包括三个电磁体2801。尽管示出的实施例包括三个嵌入至致动器2803侧边的电磁体2801，但示例性实施例可采用一个或多个电磁体2801。作为参考，示出了与底部电磁体2801有关的示例性电磁场线2802。

电磁体2801可以是刚性的、柔性的或弹性的并可嵌入致动器2803的材料内。致动器2803内的电磁体元件的位置是可选的以使互补的纹理或表面性质(例如，铁磁材料、粗糙表面、压敏粘合剂、吸盘等)呈现在致动器或被抓取的物体上、或作为与具有电气子系统的物体配合的手段。例如，如果被抓取的物体具有相应的感应线圈，为了提供电力或通信，致动器2803内的电附着垫2801的激活可用于在被抓取的物体内感生电流。

图29A-29C示出了适于与本文示例性实施例一起使用的示例性电附着垫。电附着垫是电控的，应用中采用的限制性粘附技术例如抓取，通常需要是可逆的、无粘合剂的结合至基板。电附着通过在电附着垫和电绝缘或导电的基板之间产生静电力而起作用。

增大抓取力可通过激励单个(多个)电附着垫以吸引(拉动)处于选择位置的被抓取物体、排斥(推动)处于选择位置的被抓取物体、或者选择性地吸引或排斥处于不同点的物体来实现。电附着垫可通过单个(多个)致动器改善或有意地放松对物体的抓取。

如图29A所示，示例性的电附着垫可包括在电介质表面图案化的两个梳状电极。该垫可通过多种方法制造为柔性的或可伸缩的电子器件，例如喷墨打印、模板印刷、热蒸镀金属的平版印刷图案化、溅射涂覆金属的平版印刷图案化或金属颗粒的激光焙烧。

图29B示出了嵌入软致动器的这样的电附着垫的示例。如上所述，软致动器可具有可扩展的充气层和较少扩展的层。在图29B的实施例中，电附着垫嵌入在致动器较少扩展的层内。

图29C示出了在梳状电极充电时所发生的情况。在垂直于电极图案的方向上延伸的正电极和负电极之间产生边缘磁场线。当电附着垫被带到基板 (例如玻璃、纸面石膏板、木头、混凝土、金属等)附近时，其边缘磁场线穿透基板并重新分配电荷以在基板内产生相反极性的图案。电极上的电荷和互补的、基板表面上的感应电荷之间的库伦引力产生了可将电附着垫粘附于基板的静电力。静电附着电压的控制允许容易地开启或关闭粘附。

接着转向图30A-30F，现在描述用于防止应变限制层弯曲的加强致动器。在膨胀期间，软致动器的应变限制层可具有远离致动器的中性弯曲面弯曲的趋势。应变限制层的弯曲增大了致动器横截面的二次力矩，从而增大了致动器的弯曲阻力。该行为减损了致动器的功能。

这个问题可通过将刚性元件(例如，塑料、金属、陶瓷或更硬的弹性体) 包覆成型至应变限制层内来减轻。这可通过将多个刚性元件放在应变限制层中来实现，其中每个元件的长轴定向为垂直于弯曲的中性轴。该定向允许刚性元件阻止应变限制层在垂直于中性轴的方向上弯曲，而仅最低限度地阻碍沿着中性轴的弯曲。

刚性元件可保持就位于软致动器主体的应变限制层和包覆成型的包封弹性体层之间。图30A示出了在应变限制层3002上没有包封弹性体层的软致动器主体3001(左)和具有包封弹性体层3003的相同的软致动器主体(右) 的并排仰视图。包封弹性体层3003可由和软致动器主体的相同的材料(例如，相同的弹性体材料)制成、或由相对更硬的材料制成。图30B是具有和不具有应变限制层3002上的包封弹性体层3003的软致动器3001的并排视图(分别为顶和底)。

在一些实施例中，包封弹性体层3003可叠加加强板条3004以防止应变限制层3002的弯曲。软致动器主体3001可设置有用于容置加强板条3004 的模制沟槽3005。或者，模制沟槽3005可设置在包封弹性体层3003内，或者沟槽3005设置在软致动器主体3001和包封弹性体层3003两者中。板条 3004可由相对硬的材料或如软致动器主体3001的材料如塑料、金属、陶瓷或更硬的弹性体制成。

图30C示出了具有包封弹性体层3003的软致动器3001的侧面，以及图 30D是图30C示出的致动器的横截面视图，其示出了刚性板条3004的位置。图30E是分解视图，其示出了应变限制层3002和包封弹性体层3003之间的刚性板条3004。

图30F示出了软致动器主体的示例，其具有包封弹性体层3003，而且具有包覆成型的、用于加强软致动器囊的风琴褶槽3006的刚性或弹性结构 3007。结构3007用于减小或降低风琴褶槽3006处的应变。软致动器主体3001 的膨胀压力可造成风琴褶式软致动器的槽3006变形。这在槽3006中产生了应力集中点，其在升高的压力下可导致致动器故障。然而，期望致动器膨胀压力的提高，因为这增大了用作抓持器的一部分的致动器所传送的力，或增大了在应用中用作结构元件的致动器所具有的刚性。结果，当在升高的压力下操作时，期望用刚性材料(例如，塑料、金属、陶瓷或更硬的弹性体)来加强这些槽以减小致动器在这些点处的的应变。

如本文所用，以单数描述且冠以用词“一”或“一个”的元件或步骤应被理解为不排除复数的元件或步骤，除非这样的排除被明确记载。此外，提到本发明的“一个实施例”并不是要解释为排除存在也包含所述特征的其它实施例。

虽然已经参照某些实施方式公开了本发明，但可以在不背离如所附权利要求书限定的本发明范围的情况下对所述实施例做出许多修改、改变和变化。因此，本发明并不打算被局限于所述实施例，而是它具有由后附权利要求书的语言及其等同所限定的全部范围。

Claims (26)

1.一种软机器人轮毂组件，包括：

主侧组件，其联接至机械机器人部件；

工具侧组件，其被构造成可分离地联接至该主侧组件；以及

一个或多个软致动器，其被联接至该工具侧组件，所述一个或多个软致动器被构造成当向该软致动器施加膨胀流体时从未致动形态转变为致动形态。

2.根据权利要求1所述的轮毂组件，还包括接口，该接口被构造成可释放地将该主侧组件联接至该工具侧组件，其中所述接口为被构造用于使一个或多个软致动器膨胀的膨胀管线连接提供密封。

3.根据权利要求2所述的轮毂组件，其中，所述接口包括一系列栓钉和狭槽，所述栓钉被构造成可旋转地锁进所述狭槽中。

4.根据权利要求2所述的轮毂组件，其中，所述接口包括被构造成互锁的几何凹部和相应的几何台阶部。

5.根据权利要求2所述的轮毂组件，其中，所述接口包括一个或多个静电附着垫。

6.根据权利要求1所述的轮毂组件，其中，所述工具侧组件是第一工具侧组件，且一个或多个软致动器是第一组一个或多个软致动器，还包括：

第二工具侧组件，其联接至第二组一个或多个软致动器，所述第二组一个或多个软致动器以与所述第一组一个或多个软致动器不同的形态展开，其中所述第一工具侧组件被构造成能用第二工具侧组件替换。

7.根据权利要求1所述的轮毂组件，其中，所述工具侧组件包括一个或多个电信号线，其被构造成在所述工具侧组件和主侧组件联接在一起时与该主侧组件内的一个或多个电信号线电连接。

8.根据权利要求1所述的轮毂组件，其中，所述轮毂组件被构造成调节所述致动器的角度。

9.根据权利要求1所述的轮毂组件，其中，所述一个或多个软致动器包括至少两种不同尺寸的软致动器。

10.一种加强软致动器，包括：

软致动器主体；以及

加强件，其附接至所述软致动器主体，其中所述加强件包括以下当中的一个或多个：

加强围套，

内部加强件，其模制在所述软致动器主体内，或者

外部加强件，其包括被构造成改变致动器对在压力下展开和伸展的阻力的可调刚性元件。

11.根据权利要求10所述的加强软致动器，还包括减振加强件。

12.根据权利要求10所述的加强软致动器，其中，所述加强件是由织造材料制成的加强围套。

13.根据权利要求10所述的加强软致动器，其中，所述加强件是包括一个或多个传感器和一个或多个电子载荷的加强围套，所述传感器和电子载荷设置在所述加强围套上或嵌入所述加强围套内。

14.根据权利要求13所述的加强软致动器，其中，所述一个或多个传感器包括被构造用于检测生物学对象的肌肉意图的肌电传感器。

15.一种软致动器，包括：

软致动器主体，其被构造成当向该软致动器施加膨胀流体时从未致动形态转变为致动形态；以及

嵌入在所述软致动器中的电附着垫。

16.根据权利要求15所述的致动器，还包括：

轮毂，所述软致动器附接在其上；以及

附接至所述轮毂的电附着垫。

17.根据权利要求15所述的致动器，其中，所述电附着垫是梳状电极。

18.根据权利要求15所述的致动器，其中，所述软致动器主体包括能相对可伸展的层和不太能相对伸展的层，并且所述电附着垫被嵌入在所述不太能相对伸展的层中。

19.根据权利要求15所述的致动器，其中，所述电附着垫能够处于充电状态或未充电状态，并且当处于充电状态时，所述电附着垫产生一个或多个边缘磁场，该边缘磁场被构造成重新分配所述基板中的电荷以在所述基板中产生相反极性的图案。

20.一种软致动器，包括：

软致动器主体，其被构造成当向该软致动器施加膨胀流体时从未致动形态转变为致动形态；以及

嵌入在所述软致动器主体中的电磁体，

其中，所述电磁体被成形且构造为与所述软致动器主体所抓取的基板中的互补表面相配合。

21.一种软致动器，包括：

软致动器主体，其被构造成当向该软致动器施加膨胀流体时从未致动形态转变为致动形态；以及

用于限制所述软致动器主体的一侧的应变的应变限制层；以及

设置在所述应变限制层上的包封弹性体层。

22.根据权利要求21所述的软致动器，其中，所述应变限制层具有不同于所述软致动器主体的刚度。

23.根据权利要求21所述的软致动器，其中，所述包封弹性体层被模制到并支撑比所述应变限制层更刚硬的一个或多个刚性板条。

24.根据权利要求23所述的软致动器，其中，所述刚性板条被插入所述应变限制层中的槽内。

25.根据权利要求23所述的软致动器，其中，所述刚性板条被插入所述包封弹性体层中的槽内。

26.根据权利要求21所述的软致动器，其中，所述软致动器主体包括一个或多个风琴褶槽，且还包括一个或多个设置在所述风琴褶槽中的包覆成型的刚性结构或弹性结构。