CN111347455A - 一种摩擦力在线可调的软体手指 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩擦力在线可调的软体手指，旨在提供一种摩擦力在线可调，能够实现多种抓取方式的软体手指。基体上与物体相接触的一侧设置有所述变摩擦执行模块；所述变摩擦执行模块包括弹性膜，弹性膜与基体之间密封设置有至少一个气腔；进入气腔内的气体驱动弹性膜产生变形，调节气体的压力控制弹性膜的变形程度实现摩擦力的在线调节。基体包括软体执行器，所述软体执行器包括指尖执行模块、指中执行模块和指根执行模块，所述指尖执行模块、指中执行模块和指根执行模块内分别设置有独立的气网型结构。该软体手指改变了软体手指与被抓取物体的接触力，实现了抓取摩擦力的在线调节，并通过控制执行模块的充气顺序实现多种抓取方式。
Description
技术领域
本发明涉及软体机器人技术领域，更具体的说，是涉及一种摩擦力在线可调的软体手指。
背景技术
作为软体机器人领域的一个分支，软体机械手近几年发展迅速。
目前，软体机械手主要有线式、气动式、形状记忆材料驱动式等几种驱动方式。其中，气动软体机械手动力源为高压气体，相对于其他驱动形式，气动驱动具有气源易得到，成本低，以及环境友好等特性，成为目前最受欢迎的一种软体机械手。
现有的气动软体机械手的手指部分大多为一个整体气网型结构，通过同一气源驱动组成软体手指的多个气腔同时充气动作，这就使得手指各部分弯曲曲率一致，导致手指抓取模式单一以及可抓取物体类型单一的问题。
随着科技的进步，软体机械手需要完成越来越多的任务，比如，在触觉探索中，软体手指需要在物体表面轻轻滑动，以提取有关其纹理、粗糙度或表面轮廓信息。在这种情况下，产生的摩擦力必须很小，以避免抑制手指滑动。而在抓取任务中，所产生的摩擦力需要足够大，才能有效避免抓取不稳定、抓取易脱落等问题。然而现有的软体手指，摩擦力恒定，不能满足不同任务的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种摩擦力在线可调，能够实现多种抓取方式的软体手指。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种摩擦力在线可调的软体手指，包括基体和变摩擦执行模块，所述基体上与物体相接触的一侧设置有所述变摩擦执行模块；所述变摩擦执行模块包括弹性膜，所述弹性膜与所述基体之间密封设置有至少一个气腔；进入所述气腔内的气体驱动所述弹性膜产生变形，调节所述气体的压力控制所述弹性膜的变形程度实现摩擦力的在线调节；所述基体包括软体执行器，所述软体执行器包括指尖执行模块、指中执行模块和指根执行模块，所述指尖执行模块、指中执行模块和指根执行模块内分别设置有独立的气网型结构。
所述基体由依次设置的所述软体执行器、上底板、不可延伸层及下底板组成，所述变摩擦执行模块设置于所述下底板处。
所述指中执行模块包括多个指中气腔，多个所述指中气腔相互连通并通过所述上底板密封组成指中气网型结构，每个所述指中气腔外部轮廓为楔形；相邻所述指中气腔的外壁之间形成间隙。
所述指尖执行模块包括多个指尖气腔，多个所述指尖气腔相互连通并通过所述上底板密封组成气网型结构，相邻所述指尖气腔的外壁之间形成间隙。
所述指根执行模块包括多个指根气腔，多个所述指根气腔相互连通并通过所述上底板密封组成气网型结构，相邻所述指根气腔的外壁之间形成间隙。
当所述变摩擦执行模块具有多个所述气腔时，相邻所述气腔之间通过气腔通道连通，并通过所述下底板密封形成气网型结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的软体手指中设置有变摩擦执行模块，通过控制气源的压力大小能够调整弹性膜的膨胀程度，从而改变了软体手指与被抓取物体的接触力，实现了软体手指抓取摩擦力的在线调节，抓取更稳定。同时，能够适应不同的抓取任务。
2、本发明的软体手指具有3个执行模块，每个执行模块具有单独的气网型结构，通过各自的气源控制不同的执行模块动作，可通过控制执行模块的充气顺序实现多种抓取方式，有效解决抓取不稳定等问题。而且，结构简单，制作容易。
3、本发明的软体手指在较大摩擦力情况下，可以用较小的压力抓取物体，能够最大限度的保证柔性以及易碎物品的安全。
4、本发明的软体手指的指中部分气腔的外廓为楔形设计，使该部分具有一定的反向弯曲能力，与人手指关节相似，从而赋予软体手指末端与物体具有较大接触面积的能力，进一步提高了抓取的稳定性。
5、本发明的软体手指环境适应性强，维护简单，使用气源作为动力源，易于得到，且对环境十分友好。
附图说明
图1所示为本发明摩擦力在线可调的软体手指的结构示意图；
图2所示为软体执行器的半剖结构示意图；
图3所示为变摩擦执行模块的结构示意图；
图4所示为软体机械手总装配结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的摩擦力在线可调的软体手指的结构示意图如图1-图3所示，包括基体和变摩擦执行模块5，所述基体上与物体相接触的一侧设置有所述变摩擦执行模块5。所述变摩擦执行模块5包括弹性膜5-4，所述弹性膜5-4与所述基体之间密封设置有至少一个气腔5-2；进入所述气腔5-2内的气体驱动所述弹性膜5-4产生变形。调节所述气体的压力控制所述弹性膜5-4的变形程度实现摩擦力的在线调节。所述基体包括软体执行器1，所述软体执行器1包括指尖执行模块1-3、指中执行模块1-2和指根执行模块1-1，所述指尖执行模块1-3、指中执行模块1-2和指根执行模块1-3内分别设置有独立的气网型结构。
基体可以采用现有技术的结构，本实施例中，所述基体由依次设置的所述软体执行器1、上底板2、不可延伸层3及下底板4组成，所述变摩擦执行模块5设置于下底板4处。根据摩擦力的调节需要，可以将变摩擦执行模块设置于所述下底板4与所述指尖执行模块1-3、指中执行模块1-2或指根执行模块1-1相对应的位置，也可以与所述下底板4长度相同。
本实施例中的所述指中执行模块1-2包括多个指中气腔1-2-1，多个所述指中气腔1-2-1通过指中气腔通道1-2-2相互连通并通过所述上底板2密封组成指中气网型结构。每个所述指中气腔1-2-1外部轮廓为楔形，顶部形成楔形倒角，相邻所述指中气腔1-2-1的外壁之间形成间隙。指中气腔1-2-1与用于驱动指中的气源连接，通过指中气源驱动指中执行模块1-2动作。
本实施例中，所述指尖执行模块1-3包括多个指尖气腔1-3-1，多个所述指尖气腔1-3-1通过指尖气腔通道1-3-2相互连通并通过所述上底板2密封组成指尖的气网型结构，相邻所述指尖气腔1-3-1的外壁之间形成间隙。指尖气腔1-3-1与用于驱动指尖的气源连接，通过指尖气源驱动指尖执行模块1-3动作。
本实施例中，所述指根执行模块1-1包括多个指根气腔1-1-1，多个所述指根气腔1-1-1通过指根气腔通道1-1-2相互连通并通过所述上底板2密封组成指根气网型结构，相邻所述指根气腔1-1-1的外壁之间形成间隙。指根气腔1-1-1与用于驱动指根的气源连接，通过指根气源驱动指根执行模块1-1动作。
当所述变摩擦执行模块5具有多个气腔5-1时，相邻气腔5-1之间通过气腔通道5-2连通，通过下底板4密封多个气腔5-1，形成气网型结构，并通过气体通道5-3与气源连接，进入所述气腔5-1内的气体驱动所述弹性膜5-4产生变形，调节所述气体的压力控制所述弹性膜5-4的变形程度实现摩擦力的在线调节。
本发明的软体手指组成的软体机械手的结构示意图如图4所示，所述软体机械手包括支架Ⅱ及本发明的软体手指Ⅰ。
本发明中的软体执行器1、上底板2、下底板4以及变摩擦执行模块5均采用DragonSkin 30硅橡胶制成，不可延伸层3内嵌在软体执行器的上下底板中，软体执行器1为一体化浇筑而成。
本发明的工作原理：
在使用时，压缩空气分别通过各自连接的软管分别进入软体手指Ⅰ的指尖执行模块1-3、指中执行模块1-2与指根执行模块1-1的气网型结构内。指尖执行模块1-3、指中执行模块1-2、指根执行模块1-1的腔室充气后膨胀，软体手指Ⅰ的不可延伸层3约束了下底板4的膨胀，于是软体手指Ⅰ实现向下底板4方向的弯曲动作。软体手指Ⅰ的弯曲角度与输入压强成正比。当给指尖执行模块1-3、指中执行模块1-2、指根执行模块1-1的腔室提供负压时，软体执行器1中的指中执行模块1-2由于其顶部的楔形倒角的存在可以产生较大的反向弯曲。
同时，压缩空气通过软管及气体通道5-3进入变摩擦执行模块5的气网型结构内，弹性膜5-1受到气体的作用向外膨胀，且膨胀位移与充入的气压成正比，膨胀位移的大小影响了被抓取物体与软体手指之间的摩擦力大小。
在软体机械手抓取物体时，控制软体手指Ⅰ的指尖执行模块1-3、指中执行模块1-2及指根执行模块1-1的充放气顺序，可以使软体机械手实现不同的抓取方式。当三个执行模块均充气时，软体手指Ⅰ整体向内侧弯曲，可以实现对较大物体的一个包裹抓取方式；只给指根执行模块1-1充入气体时，指根执行模块1-1向内侧弯曲，指中执行模块1-2、指尖执行模块1-3充当被动柔顺机构，受到被抓取物体的反作用力，指中执行模块1-2会反向弯曲，反向弯曲到一定程度停止，指尖执行模块1-3与物体形成平面接触，增大与物体的接触面积，可以实现物体的夹取抓取方式；给指根执行模块1-1、指尖执行模块1-3充入气体时，指根执行模块1-1、指尖执行模块1-3向内侧弯曲，指中执行模块1-2充当被动柔顺机构，反向弯曲到一定程度停止，调节指尖执行模块1-3的气压，使其弯曲角度与物体底部形状相适应，可以实现物体的半包裹抓取方式。
为了提高抓取的稳定性需要调节被抓取物体与软体手指之间的摩擦力，变摩擦执行模块5的气腔充气，指尖执行模块1-3带动变摩擦执行模块5与被抓取物体接触，在抓取过程中，可以根据抓取表现，通过在线控制充入变摩擦执行模块5中的气压大小，调节弹性膜5-1的膨胀程度，从而改变变摩擦执行模块5与被抓取物体的接触力，从而实现在线控制摩擦力。
本发明的软体手指能够使得其组成的软体机械手具有多种抓取方式，输出力大，结构较为简单，指尖摩擦力在线可调等特点。根据被抓取物体的大小，通过控制各个模块的充气顺序，可以实现不同的抓取方式，得到较为稳定的抓取效果。同时每个软体手指指尖集成一个摩擦力可调结构，通过控制气压大小，使指尖摩擦力在线可调，使其适应不同的抓取任务。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种摩擦力在线可调的软体手指，其特征在于，包括基体和变摩擦执行模块，所述基体上与物体相接触的一侧设置有所述变摩擦执行模块；所述变摩擦执行模块包括弹性膜，所述弹性膜与所述基体之间密封设置有至少一个气腔；进入所述气腔内的气体驱动所述弹性膜产生变形，调节所述气体的压力控制所述弹性膜的变形程度实现摩擦力的在线调节；所述基体包括软体执行器，所述软体执行器包括指尖执行模块、指中执行模块和指根执行模块，所述指尖执行模块、指中执行模块和指根执行模块内分别设置有独立的气网型结构。
2.根据权利要求1所述的摩擦力在线可调的软体手指，其特征在于，所述基体由依次设置的所述软体执行器、上底板、不可延伸层及下底板组成，所述变摩擦执行模块设置于所述下底板处。
3.根据权利要求2所述的摩擦力在线可调的软体手指，其特征在于，所述指中执行模块包括多个指中气腔，多个所述指中气腔相互连通并通过所述上底板密封组成指中气网型结构，每个所述指中气腔外部轮廓为楔形；相邻所述指中气腔的外壁之间形成间隙。
4.根据权利要求2所述的摩擦力在线可调的软体手指，其特征在于，所述指尖执行模块包括多个指尖气腔，多个所述指尖气腔相互连通并通过所述上底板密封组成气网型结构，相邻所述指尖气腔的外壁之间形成间隙。
5.根据权利要求2所述的摩擦力在线可调的软体手指，其特征在于，所述指根执行模块包括多个指根气腔，多个所述指根气腔相互连通并通过所述上底板密封组成气网型结构，相邻所述指根气腔的外壁之间形成间隙。
6.根据权利要求2所述的摩擦力在线可调的软体手指，其特征在于，当所述变摩擦执行模块具有多个所述气腔时，相邻所述气腔之间通过气腔通道连通，并通过所述下底板密封形成气网型结构。
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