CN109676630A - 仿蛇缠绕软体执行器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种仿蛇缠绕软体执行器，目的在于解决软体机器人尚处于研究阶段，需进一步扩展的问题。其包括弹性波纹管、应变限制层、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管。本申请提供的是一种新颖的蛇形缠绕的执行器，其包括具备应变限制层的缠绕执行器和不具备应变限制层的缠绕执行器两种类型。具备应变限制层的蛇形缠绕执行器依靠应变限制层和弹性伸缩层来确定缠绕性能，能快速高效的对细长杆进行紧密缠绕。随着充气压力的增大，蛇形缠绕执行器则会缠绕得越紧，并且能提起1.3kg的物体。不具备应变限制层的缠绕执行器更轻盈柔软，只依靠弹性伸缩层的固定走向来确定执行器的缠绕方式，同样能缠绕并提起物体。

Description

仿蛇缠绕软体执行器

技术领域

本发明涉及机械人领域，尤其是软体机器人领域，具体为一种仿蛇缠绕软体执行器。

背景技术

软体执行器是软体机器人近年来研究的热点之一，引起了相关学者的极大兴趣，并研发了一系列性能优良、形式多样的软体执行器。

Increasing the Dimensionality of Soft Microstructures throughInjectionInduced SelfFolding（Tommaso Ranzani; Sheila Russo; Nicholas W.Bartlett; Michael Wehner; Robert J. Wood ，Advanced Materials））公开了一种多功能毫米级蜘蛛机器人，灵感来自于澳大利亚小孔雀蜘蛛。该蜘蛛机器人作为独立的软体机器人，其内部没有硬电子元件，没有电池或计算机芯片，并且也不需要连接到计算机就可以自主移动。该蜘蛛机器人中，没有刚性部件，完全是从微流体系统中获得动力实现各种能力的。在蜘蛛机器人的主体内部是一个薄的中空管系统，通过向该系统泵送特种液体，可以驱动其四肢。然而，该蜘蛛机器人目前本身并没有为任何实际目的做好准备，更像是MORPH生产方法（全称：Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic/Hydraulic）的概念验证。该方案中，蜘蛛机器人由12层薄层组成，使用激光蚀刻出来然后粘合在一起，能够呈现出一种3D结构。为了达到其最终形状，研究人员还通过可固化树脂为这些微流体通道中的一些加压。使用激光微加工技术从模具中精确切割每一层，然后粘合到下面的一层以创建软蜘蛛的粗糙3D结构。当用来自外部的UV光照射时，树脂硬化并使较软的层永久地弯曲成所需的形状。

利用混合软材料水凝胶制作的执行器在水中具有极高隐蔽性。在弹性体外部加入不可伸缩材料增强纤维限制应变，使本体发生弯曲变形。最近，折纸技术走到了软体机器人的前沿，通过折纸技术的启发研究的扭转执行器和磁控的软体微型机械同样能做出精确的螺旋形状，并同样受折纸启发研究的流体驱动软体致动器，从微观医疗结构到机器人骨骼等多尺度上都有着广泛的应用前景。

为此，本申请提供一种仿蛇缠绕软体执行器，以扩展软体机器人的执行机构，促进相关技术的发展。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对软体机器人目前尚处于研究阶段，需要进一步扩展的问题，提供一种仿蛇缠绕软体执行器。发明人基于对蛇类缠绕行为的研究、分析，创造性的提出了本申请的技术方案。基于结构的全新改进，使得本申请的执行器能够执行缠绕、抓取等多种操作，有效满足实际应用的需要。同时，本申请的缠绕执行器具有软体机器人的优点，能够对细长杆等常规机械无法抓取的物体进行有效缠绕卷起，且能抓取超过自身重量500倍以上的物体，具有极强的抓取能力。本申请构思巧妙，设计合理，工作稳定可靠，成本低廉，是一种全新的缠绕执行机构，具有较高的应用价值和较好的应用前景，值得大规模推广和应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

仿蛇缠绕软体执行器，包括弹性波纹管、应变限制层、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管，所述弹性波纹管的一端封闭，所述弹性波纹管的另一端与气路管相连且气源通过气路管能向弹性波纹管内充气；

所述应变限制层与弹性波纹管相连且应变限制层能为弹性波纹管提供变形限制力，所述弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连且弹性伸缩层能为弹性波纹管提供回复力。

通过弹性伸缩层在弹性波纹管侧壁上位置的相对变化能实现弹性波纹管在充气时弹性波纹管的形状变化以实现缠绕执行器不同的执行动作。

所述弹性伸缩层沿弹性波纹管的轴向平行设置，或所述弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置。

所述弹性波纹管采用塑料或橡胶制成。

所述弹性波纹管上具有若干个折叠单元。

所述固定连接件为弹性O型圈，所述弹性伸缩层依次通过O型圈固定在弹性波纹管上，相邻两个O型圈之间的折叠单元为2~10个。

相邻两个O型圈之间的折叠单元为4~6个。

所述应变限制层设置在弹性波纹管的侧壁上且所述应变限制层在弹性波纹管上的位置能限制弹性波纹管在充气时向内弯曲的方向。

所述应变限制层与弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线对称设置或交错设置。

所述应变限制层沿弹性波纹管的轴向平行设置，或所述应变限制层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置。

不包括应变限制层。即该结构的仿蛇缠绕软体执行器包括弹性波纹管、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管，所述弹性波纹管的一端封闭，所述弹性波纹管的另一端与气路管相连且气源通过气路管能向弹性波纹管内充气；所述弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连且弹性伸缩层能为弹性波纹管提供回复力，且即该执行器中不含应变限制层。

进一步，前述仿蛇缠绕软体执行器的应用。

将其用于对物体的爬行、抓取中。

将其用于挂钩、抓手中。

在软体扭转执行器发展的许多方面，之前的工作都为灵活材料、技术准备、理论分析和控制方法起到了巨大的促进作用。然而，目前软体执行器所展现的空间式的螺旋缠绕结构还研究得较少，能够迅速紧密缠绕的螺旋结构更少。因为比起纯粹的弯曲和延长执行器，螺旋缠绕执行器是更难以控制其变形方向。因此，缠绕更紧密和响应更快速是有更趣的也更富有挑战性。

缠绕现象在自然界以及人类社会生活中普遍存在，从蛇类缠绕动物到黄瓜卷须和葡萄藤卷须，从宏观的大象鼻子到微观的DNA结构等等。缠绕现象甚至在人类的社会生活中不断用来启发产品的生产，如有悠久历史的缠绕绳索等。其中，蛇类动物的缠绕行为最为丰富多样。蛇类经过亿万年的进化，依靠柔软身体的缠绕行为实现捕猎、爬树、交配甚至杀死敌人，是大自然界生物进化过程中保留下来的软体灵活运动的杰作，缠绕行为也是蛇类最显著的特征。蛇类生物通常会以极快的响应速度缠绕猎物来捕获和消灭敌人，受到蛇类生物紧密缠绕行为的启发，我们提出了一种新颖的仿蛇缠绕软体执行器，包括具备应变限制层和不具备应变限制层的缠绕软体执行器。

该结构中，波纹软管自身通过折叠波纹单元来创建运动，在原始气动驱动过程中能进行伸长，发生的应变和体积改变更小，使材料的疲劳程度最小化，从而可提高执行器的耐用性和寿命，并可在较低的压力下达到变形效果。从实验中发现设定波纹软管的连续可折叠单元为4个单元为最佳运动效果。

本申请的具备应变限制层的缠绕软体执行器由波纹软管、弹性伸缩层、应变限制层、弹性O形圈和气路管制作而成。本申请中，缠绕软体执行器的缠绕性能随着波纹软管可连续折叠单元数、弹性伸缩层和应变限制层的不同走向，以及波纹软管总共关节数的不同，而带来丰富的缠绕性能变化，从而实现了一类不同功能的软体缠绕执行器，其具有缠绕功能多样、响应速度快、性能优越、成本低廉等显著特点。该执行器原始状态为近直线状态，充气时会发生紧密稳定的缠绕状态，且随着气压的增大缠绕越发紧密。泄气时依然恢复成直线状态。实际测试中，本执行器连续可折叠单元数为4，4个单元为一节，且总共52个关节。输入50~400kpa的气压，执行器会发生缠绕变形。

进一步，当发明人撤销掉应变限制层后，提出不具备应变限制层的缠绕软体执行器。本申请中，缠绕软体执行器主要由波纹软管、弹性伸缩层、弹性O形圈、用于与气源相连的气路管构成。其中，弹性波纹管的一端封闭，弹性波纹管的另一端与气路管相连；弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连。基于该结构，气源通过气路管能向弹性波纹管内充气时，弹性伸缩层既限制其一侧的应变，也部分充当执行器伸缩作用；在泄气后，缠绕执行器因为弹性伸缩层被拉伸，所储存的弹性势能释放，而往回收缩，即弹性伸缩层为弹性波纹管提供回复力。实际测试中，在输入300kpa的气体压力后，原本呈直线形状的执行器会突变为螺旋体。波纹软管做反向螺旋变形，弹性伸缩层由具备应变限制层软体执行器中的外侧而转变为不具备应变限制层软体执行器的内侧。由弹性伸缩层可制作不同螺旋角的缠绕执行器；为减小螺距，使螺旋缠绕更紧密，可预拉伸弹性伸缩层，回复效果更佳。利用缠绕执行器充气和泄气过程依然螺旋缠绕的特点，可在水平面上发生模仿生物蛇的相对滚动，如图2所示。

综上所述，本申请中基于对蛇类缠绕行为的深入研究，提供一种结构简单、稳定可靠、成本低廉的缠绕执行器，其能较好的执行抓取、缠绕提起等操作，能满足实际应用的需要，具有广阔的应用前景。同时，本申请的缠绕执行器具有软体机器人的优点，能够对鸡蛋、猕猴桃等常规机械无法抓取的物体进行有效抓取，且能抓取超过自身重量500倍以上的物体，具有极强的抓取能力。进一步，不具备应变限制层和具备应变限制层的缠绕软体执行器不同的是，前者在充气和泄气的运动过程中始终都是保持螺旋特性，且抓取能力是通过泄气时的螺旋缩回来提起物品，对于物体的保持力有一定的局限性，仅仅依靠被提取物品和机器人之间的摩擦力而不会发生掉落，适合提起轻微细小的不易拾取的物体。后者则是原始状态和泄气状态均为细长直线，只有当在充气时才会发生螺旋缠绕，抓取能力则是通过充气的气压，使执行器缠绕更紧密的挤压物体，提起物体显得更强力。本申请的缠绕执行器能广泛应用于猕猴桃、水产、软体动物等的抓取，弥补现有刚性抓取机器人所存在的缺陷，具有较高的应用价值和广阔的应用前景。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中仿蛇缠绕软体执行器的结构示意图。

图2为实施例2中螺旋缠绕执行器的结构示意图。

图3为实施例1中仿蛇缠绕软体执行器的结构图。

图4为仿蛇缠绕执行器垂直缠绕示意图。

图5为仿蛇缠绕执行器横向缠绕图。

图6为不同构型的执行器示意图（图6中，从左至右依次为“3”字型、“8”字型、“S”字型执行器）。

图7为实施例1中仿蛇缠绕软体执行器的制作示意图。

图8为软体夹手及其测试结果图。

图9为实施例3中夹缠两用装置结构示意图。

图10为实施例3中三指抓手的结构及测试结果图。

图中标记：1、折叠单元，2、折叠段，3、弹性波纹管，4、应变限制层，5、弹性伸缩层，6、弹性O型圈。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本实施例的仿蛇缠绕软体执行器包括弹性波纹管、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管、应变限制层。其中，弹性波纹管的一端封闭，弹性波纹管的另一端与气路管相连；该结构中，气源通过气路管能向弹性波纹管内充气和泄气，进而实现缠绕执行器的工作。

本实施例中，弹性波纹管采用具有折叠单元的弹性波纹软管，固定连接件采用弹性O型塑料圈，弹性O型圈为若干个。应变限制层设置在弹性波纹管的侧壁上；基于缠绕执行器弯曲方式的不同，应变限制层与弹性伸缩层可相对于弹性波纹管的中轴线对称设置或交错设置。弹性伸缩层通过弹性O型圈与弹性波纹管相连，即弹性伸缩层通过弹性O型圈绑在弹性波纹管上（进一步，弹性伸缩层也可采用其他种类的固定连接件与弹性波纹管相连，例如采用粘结方式使弹性伸缩层与弹性波纹管相连）。本实施例中，固定连接件、应变限制层分别相对于弹性波纹管的中轴线螺旋对称设置。

本实施例中，应变限制层用于对弹性波纹管的运动进行限制，弹性伸缩层用于为弹性波纹管提供回复力。该缠绕执行器工作时，气源通过气路管向弹性波纹管内充气，基于应变限制层、弹性伸缩层的结构设计，弹性波纹管朝向应变限制层的一侧弯曲；该结构中，弹性波纹管上设置有应变限制层的一侧为螺旋缠绕内侧，弹性波纹管上设置有弹性伸缩层的一侧为螺旋缠绕外侧。当弹性波纹管泄气时，弹性伸缩层提供回复力，使得弹性波纹管恢复到初始状态。

如图1所示，波纹软管充气后会伸长。折叠框标记1表示一个折叠单元，矩形框2表示一个折叠段。附图标记4表示应变限制层，附图标记5表示弹性伸缩层，附图标记6表示弹性O形圈。应变限制层和弹性伸缩层呈轴对称方式螺旋缠绕。图1中，左侧依次为初始状态的弹性波纹管、伸长状态的弹性波纹管，中间部分为仿蛇缠绕软体执行器未充气状态示意图，右侧部分为仿蛇缠绕软体执行器充气后的状态示意图。

本实施例的仿蛇缠绕软体执行器在充气时，缠绕随气压的逐渐增大而更加紧密稳定，而在泄气的同时，执行器恢复呈近直线的状态，撤销缠绕特点。采用将应变限制层和弹性伸缩层结合使用的方法，把应变限制层以螺旋方式围绕在单个波纹软管的一侧以限制其应变，把弹性伸缩层以和应变限制层轴对称的方式固定在波纹软管上，在前段插入充气管，末端开口处用应变限制层材料密封完整。

本实施例的仿蛇缠绕软体执行器整体以4个单元为一节，总共52个环节设定（如图3A所示）。当瞬间输入400kpa的气压时，仿蛇缠绕软体执行器会以令人印象深刻的速度迅速且密集的螺旋缠绕（如图3B所示）。随着气压的升高而螺旋直径逐步减小，形成紧密挤压状态。泄气时，仿蛇缠绕执行器能迅速恢复呈近直线，撤销缠绕特点（如图3C所示），有利于在执行特殊任务时后通过一些狭窄的隧道或管道。执行器在缠绕过程中，呈现逆时针螺旋状态（分别如图3D、图3E所示）。

本实施例的软体执行器有如下三个优点：（i）缠绕更紧密，功能多样，具备在多尺度上应用的条件，（ii）响应速度快，性能优越（iii）制造迅速，成本低。

为了评估缠绕软体执行器的性能，我们让仿蛇缠绕执行器模仿蛇盘旋缠绕上树的动作，执行器能迅速的爬上竖直放置的细长杆，并紧紧的缠绕住杆，然后释放（如图4A、图4B、图4C）。图4A~图4C中，执行器像蛇一样的在竖直面内紧紧缠住对象后，又松开。同时，发明人用执行器在水平面内缠住物体，并提起了软管，如图4D为提起重0.6kg的细长杆。

因为螺旋缠绕的方式与物体的接触面积比其他任何抓取方式都更大，提起物体时更稳定不易脱落。利用仿蛇缠绕执行器能更加稳定紧密缠绕物体的特性，试图去提起一些物体。仿蛇缠绕执行器在水平的方向上对人手和细长杆进行螺旋缠绕，达到了同样的缠绕效果（如图5A、图5B、图5C所示），并轻而易举的提起了一个软体的车用配件波纹管（如图5D所示）。其中，图5B给出了本实施例的仿蛇缠绕软体执行器缠住人手的状态图，图5C给出了本实施例的仿蛇缠绕软体执行器缠住细长杆的状态图，图5D给出了本实施例的仿蛇缠绕软体执行器提起黑色车用配件波纹管的状态图。经测定，本实施例的执行器极限能提起1.3kg的物体。

进一步，作为改进，发明人通过弹性伸缩层和应变限制层的不同走向，以及相邻两个弹性O形圈之间波纹软管的单元数的不同，能设计制作出丰富的执行图案。例如只在特定位置设定应变，做出“3”字型，在特定位置设定应变限制层和弹性伸缩层层的走向做出“8”字型和“S”字型，并让其具备恢复原状的功能（如图6所示）。

进一步，申请人对本实施例中仿蛇缠绕执行器的制作过程说明如下。

不同于以往需要在实验室硅胶建模的传统方法，我们采用生活中更常用的材料提出一种更加简洁、高效、低成本且通用的制作方法。以能够让缠绕执行器弯曲为例，制作过程主要分为4步。第一步准备需要的材料，热熔胶棒装进胶枪（如图7A所示）。之后，在波纹软管上涂抹热熔胶，它的优势在于可根据需要设定应变限制层的走向、面积、以及厚度（如图7B所示）。波纹软管会随着气压的增大而伸长，利用弹性伸缩层跟随波纹软管伸长而储存的弹性势能进行缩回，因此在需要让执行器缩回的曲面确定弹性层的走向，用弹性O形圈将弹性层和波纹软管进行固定（如图7C所示）。通过连续的O型圈的设定制作完成一个执行器（如图7D所示）。该结构中，热熔胶凝固后形成应变限制层。

图7给出了制造过程阶段示意图。图7中，图7A为材料的准备图，从左到右依次为弹性O形圈、波纹软管（上部为拉伸状态，下部为自然状态）、热熔胶棒提供应变限制层，长条状气球提供弹性伸缩层。图7B为将热熔胶涂抹在波纹软管上。图7C为用弹性O形圈将弹性伸缩层定向固定在波纹软管上。图7D为在应变限制层的对侧设定弹性伸缩层，制造完成。

实施例2

与实施例1不同，本实施例中撤掉了相应的应变限制层，提供一种不具备应变限制层的缠绕执行器。本实施例的缠绕执行器包括弹性波纹管、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管。其中，弹性波纹管的一端封闭，弹性波纹管的另一端与气路管相连；该结构中，气源通过气路管能向弹性波纹管内充气和泄气，进而实现缠绕执行器的工作。

本实施例中，弹性波纹管采用波纹软管，固定连接件采用弹性O型塑料圈，弹性O型圈为若干个。弹性伸缩层通过弹性O型圈与弹性波纹管相连，即弹性伸缩层通过弹性O型圈绑在弹性波纹管上。本实施例中，弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置，用于为弹性波纹管提供回复力。

本实施例的螺旋缠绕执行器工作过程如下：在输入300kpa后，原本呈直线形状的执行器会突变为螺旋体。波纹软管做反向螺旋弯曲，弹性伸缩层由之前的外边界而变为内边界。此次用弹性伸缩层既限制其一侧的应变，也部分充当执行器伸缩作用。在泄气后，缠绕执行器会因为弹性伸缩层被拉伸所储存的弹性势能的释放而往回收缩。由弹性伸缩层制作不同螺旋角的螺旋缠绕执行器；为减小螺距使螺旋缠绕更紧密，可预拉伸弹性伸缩层。利用螺旋缠绕执行器充气和泄气过程依然螺旋缠绕的特点，在水平面上发生相对滚动（如图2D 、图2 E所示）。

实施例3

进一步，本实施例公开前述仿蛇缠绕软体执行器在实际中的应用。更具体地，本实施例中给出了夹缠两用装置和三指抓手一系列软体机器人的新物种。

在仿蛇缠绕软体执行其的基础上，制成强有力的软体钩，如图8A、图8B所示。这样的软体钩制作相对容易，其将应变限制层和弹性伸缩层沿弹性波纹管对称设定即可。软体钩拥有的绝佳气密性，使其自身能在水中进行打捞漂浮或沉底物体的作业（如图8C、图8D所示）。同时，其钩取各种形状的物体（图8E至图8G所示，）。在极限承重的实验中，软体钩的重量只有8g，能提起4.25kg的书籍，超过自身重量的530倍（如图8G所示）。进一步，改进应变限制层和弹性伸缩层的材料或制作工艺，能将软体钩的重量降到甚至4g以下，提起超过自身重量1000倍的物体。

图8给出了软体钩（即弯曲执行器）及其测试结果图。图8A为弯曲执行器泄气状态。图8B为弯曲执行器充气状态。图8C为其提起玻璃瓶的示意图。图8D为其提起手工锯的示意图。图8E为其提起油瓶的示意图。图8F为其提起玩具车轮的示意图。图8G为其提起电锯的示意图。图8H为其提起书本的示意图。

进一步，将前述两个弯曲执行器结合在一起，变成了夹缠两用的一个装置。将前述两个软体钩都在插在一个快速的四通接头上，单独的软体钩可进行360°旋转。利用两个软体钩向内同时弯曲制作一个软体夹手（如图9A、图9B所示），可作为一个强有力的夹手来进行夹取操作，如台灯、细长杆、护目镜等（图9C to 图9E所示）。

图9给出了夹缠两用装置结构示意图。图9A给出了软体夹手泄气状态图。图9B给出了软体夹手充气状态图。图9C为软体抓手提起台灯的示意图。图9D为软体抓手提起细长杆的示意图。图9E为软体抓手提起护目镜的示意图。

进一步，当前述两个软体钩同时旋转180°时，成为一个外翻的缠绕抓手（如图9Fto图9G所示），而缠绕抓手适用于具有空腔结构的物体，如竹筐、虎钳、木架（如图9H to图9J所示）等。夹缠两用的软体抓手可根据需要使用的环境随时调节它的抓取方式。其中，图9F给出了缠绕夹手泄气状态图。图9G给出了缠绕夹手充气状态图。图9H为缠绕抓手提起水框的示意图。图9I为缠绕抓手提起虎钳的示意图。图9J为缠绕抓手提起木架的示意图。

进一步，在制作中在弯曲执行器背面的关节处也涂抹上应变限制层，进一步减小弯曲执行器的弯曲角度，做成一个三指抓手。使其充气后能达到预期效果的弯曲效果，在泄气时恢复成直线状态（如图10A所示），充气时三指指尖刚好接触（如图10B所示），且软体抓手可抓取脆弱的生鸡蛋（如图10C所示）、刚性的补水仪（如图10E所示）、软泡沫（如图10D所示）、结构特殊的魔术球（如图10F所示）。

本实施例的三指抓手包括固定连接件、仿蛇缠绕软体执行器。其中，仿蛇缠绕软体执行器为三个，且均布于固定连接件上。本实施例的仿蛇缠绕软体执行器包括弹性波纹管、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管、应变限制层。其中，弹性波纹管的一端封闭，弹性波纹管的另一端与气路管相连；该结构中，气源通过气路管能向弹性波纹管内充气和泄气，进而实现缠绕执行器的工作。

本实施例中，弹性波纹管采用具有折叠单元的弹性波纹软管，固定连接件采用弹性O型塑料圈，弹性O型圈为若干个，应变限制层设置在弹性波纹管的侧壁上。弹性伸缩层通过弹性O型圈与弹性波纹管相连，即弹性伸缩层通过弹性O型圈绑在弹性波纹管上。本实施例中，弹性伸缩层可采用条状弹性塑料（也可以采用细长型的气球），固定连接件、应变限制层分别相对于弹性波纹管的中轴线螺旋对称设置。同时，气路管与弹性波纹管的连接处与固定连接件相连，通过固定连接件为仿蛇缠绕软体执行器提供支撑。

进一步，在三指抓手的手指上设置记忆泡沫，记忆泡沫具有非线性的应力应变，有利于分散集中力而适应不规则的形状。当抓手充气闭合时，泡沫能减小其各个手指弯曲的曲率半径，还能进一步保护相对柔软的物体（如图10G所示），对于抓手具备抓取行动敏捷，身体灵巧的鱼类生物是一个显著优点。活体鱼类生物在离开水环境后会对外界刺激有更大的抵抗力，给抓手的每根手指配备了记忆泡沫，实现了抓手在水下能稳定的抓住活体鱼类生物且捉出水面并不施加任何伤害的释放（如图10H所示）。

图10给出了三指软体抓手的结构及测试结果图。其中，图10A给出了软体抓手泄气状态图，图10B给出了软体抓手充气状态图，图10C为三只抓手抓取生鸡蛋的示意图，图10D为三只抓手抓取泡沫的示意图，图10E为三只抓手抓取补水仪的示意图，图10F为三只抓手抓取魔术球的示意图，图10G为三只抓手抓取猕猴桃的示意图，图10H为三只抓手抓取黑色活鱼的示意图。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，包括弹性波纹管、应变限制层、弹性伸缩层、固定连接件、用于与气源相连的气路管，所述弹性波纹管的一端封闭，所述弹性波纹管的另一端与气路管相连且气源通过气路管能向弹性波纹管内充气；

所述应变限制层与弹性波纹管相连且应变限制层能为弹性波纹管提供变形限制力，所述弹性伸缩层通过固定连接件与弹性波纹管相连且弹性伸缩层能为弹性波纹管提供回复力。

2.根据权利要求1所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，通过弹性伸缩层在弹性波纹管侧壁上位置的相对变化能实现弹性波纹管在充气时弹性波纹管的形状变化以实现缠绕执行器不同的执行动作。

3.根据权利要求2所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述弹性伸缩层沿弹性波纹管的轴向平行设置，或所述弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置。

4.根据权利要求1所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述弹性波纹管采用塑料或橡胶制成。

5.根据权利要求1~4任一项所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述弹性波纹管上具有若干个折叠单元。

6.根据权利要求5所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述固定连接件为弹性O型圈，所述弹性伸缩层依次通过O型圈固定在弹性波纹管上，相邻两个O型圈之间的折叠单元为2~10个。

7.根据权利要求1~6任一项所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述应变限制层设置在弹性波纹管的侧壁上且所述应变限制层在弹性波纹管上的位置能限制弹性波纹管在充气时向内弯曲的方向。

8.根据权利要求7所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述应变限制层与弹性伸缩层相对于弹性波纹管的中轴线对称设置或交错设置。

9.根据权利要求7或8所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，所述应变限制层沿弹性波纹管的轴向平行设置，或所述应变限制层相对于弹性波纹管的中轴线螺旋设置。

10.根据权利要求1~9任一项所述仿蛇缠绕软体执行器，其特征在于，仿蛇缠绕软体执行器不包括应变限制层。