CN111452069A - 一种模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，并控制通电状态即可实现快速安静的柔性抓取动作，抓取收放程度大，更加柔性，且结构简单，功耗低，降低了成本；同时，本发明的人工肌肉通过一种易于拆卸的接口装配与机械抓手上，便于更换和维护，更加适用于生鲜易碎物体。

Description

一种模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手

技术领域

本发明涉及机械抓手领域，尤其涉及一种模块化新型驱动方式的器械。

背景技术

现如今，软体抓手以气动抓手居多，气动抓手在实际生产中有着较为广泛的应用，如用于工厂组装，物流分拣等。例如专利文献CN110421585A公开了一种静电吸附式气动软体抓手，其软体抓手本体在自由状态下张平，气道由外界通气后可驱动软体抓手本体，使软体抓手本体弯曲合拢，静电吸附膜片贴附在软体抓手本体的内表面形成抓取面，该软体抓手本体还包括采用硅胶浇注固化成型的手指体和形成于手指体内的气道。专利文献CN110509266A公开了一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其主要就是在供气孔底部分别连接有缩短气动人工肌肉和伸长气动人工肌肉，实现使在上下料过程中刚度调节恰当，能抓取易碎或者易产生塑性变形的物件，且能够调整抓手的纵向长度从而适应不同物件的上下料。然而，气动抓手往往需要连接到一个气泵的才能使用。由于气泵的笨重和噪音较大等原因，使得气动抓手在实际应用中受到了一定的限制。

因此人工肌肉驱动的柔性负压抓手发明可以作为另外一个选择。例如专利文献CN108858265A公开了一种基于人工肌肉的柔性抓手，通过介电弹性体条带代替电机和机械传动部件，同时作为驱动和预紧元件，只需控制施加电压即可实现快速安静的抓取动作，但该抓手结构复杂，抓取控制不够灵活，抓手收放程度小，柔性不够，不利于抓取生鲜易碎品的抓取。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其通过电压驱动人工肌肉，来推动活塞调整腔体和手指内部的压强，进而控制抓手的开合，抓手收放程度更大，更加柔性灵活。人工肌肉通过一种易于拆卸的接口装配与机械抓手上，便于更换和维护，更加适用于生鲜易碎物体。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，包括：柔性手指，腔体，活塞机构和人工肌肉。

所述柔性手指与腔体相通，所述柔性手指由柔性外表皮与包裹在其内部的可变形骨骼构成。所述柔性外表皮与所述可变形骨骼间隙间由液体或气体填充。

所述腔体具有腔体外壳，所述腔体外壳设有与所述人工肌肉一端头部相连接的接口，所述腔体内部由活塞隔断，分为上、下两个部分，其中的上部分与外界环境相通，下部分与手指内部相通。

所述活塞机构的下端位于腔体内部，其上端设有与人工肌肉另一端头部相连接的接口，所述人工肌肉的两端通过支撑杆相连接。

所述人工肌肉由预拉伸的介电弹性体薄膜、预压缩的弹簧和肌肉接口构成；所述人工肌肉的数量和长度可根据实际使用需求定制。例如，抓手抓取力越大，人工肌肉所需的数量越多，长度越大。

所述人工肌肉与抓手相应部件之间采用易拆卸的接口装配。例如，所述人工肌肉底端通过易拆卸的接口固定于所述腔体外壳，所述人工肌肉顶端通过易拆卸的接口固定于所述活塞机构上端。

进一步地，所述抓手的工作原理为：卷轴型人工肌肉由电压驱动伸长，当给卷轴型人工肌肉通电时，卷轴型人工肌肉伸长，推动腔体外壳内部的活塞相对向上运动，从而降低腔体外壳和柔性手指表皮内部的压强。柔性手指外表皮由于由柔性材料构成，内部压强减小时，开始收缩，从而内部骨骼受到外表皮的作用力而弯曲，实现了抓手的通电抓取功能。当给卷轴型人工肌肉断电时，卷轴型人工肌肉恢复原长，活塞相对向下运动，腔体外壳与柔性手指外表皮内部压强恢复原始大小，手指伸直。

进一步地，腔体外壳内部填充空气时，可用于分拣快递、抓取生鲜易碎物品等，填充水时，可用于深海作业。

与现有技术相比，本发明通过介电弹性体人工肌肉配合活塞机构及流体传动，并控制通电状态即可实现快速安静的柔性抓取动作，抓取收放程度大，更加柔性，且结构简单，功耗低，降低了成本。同时，本发明的人工肌肉通过一种易于拆卸的接口装配与机械抓手上，便于更换和维护，更加适用于生鲜易碎物体。

附图说明

图1是模块化人工肌肉驱动抓手断电状态示意图。

图2是模块化人工肌肉驱动抓手通电状态示意图。

其中，人工肌肉安装上底盘1，卷轴形人工肌肉2，腔体外壳3，活塞4，柔性手指外表皮5，手指内部可变形骨骼6，支撑杆7，腔体和手指内部填充的液体或气体8。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，本发明模块化人工肌肉驱动的抓手包括，人工肌肉安装上底盘1，卷轴型人工肌肉2，腔体外壳3，卷轴型人工肌肉2通过易拆卸接口与人工肌肉安装上底盘1以及腔体外壳3相连接。腔体外壳3与柔性手指表皮5相连接，柔性手指表皮5内部设有可变形骨骼6，可变形骨骼6为具有一定刚度的3D打印结构或为折纸结构，所述结构在受到外力时易弯曲，不受力时保持伸直。

活塞4通过支撑杆7与人工肌肉安装上底盘1相连接，将腔体外壳3分为上下两个部分，腔体外壳3上部分与外界相通保持压强相通，腔体外壳3下部分与柔性手指表皮5内部相通保持压强相通。

卷轴型人工肌肉2由电压驱动伸长，当给卷轴型人工肌肉2通电时，卷轴型人工肌肉2伸长，推动腔体外壳3内部的活塞4相对向上运动，从而降低腔体外壳3和柔性手指表皮5内部的压强。柔性手指外表皮5由于由柔性材料构成，内部压强减小时，开始收缩，从而内部骨骼受到外表皮的作用力而弯曲，实现了抓手的通电抓取功能。当给卷轴型人工肌肉2断电时，卷轴型人工肌肉2恢复原长，活塞4相对向下运动，腔体外壳3与柔性手指外表皮5内部压强恢复原始大小，手指伸直。

其中，腔体外壳3内部填充空气时，可用于分拣快递、抓取生鲜易碎物品等，填充水时，可用于深海作业。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其特征在于：包括柔性手指、腔体、活塞机构和人工肌肉；所述柔性手指与所述腔体相通，所述柔性手指由柔性外表皮与包裹在其内部的可变形骨骼构成；所述柔性外表皮与所述可变形骨骼之间的隙间由液体或气体填充；所述腔体具有腔体外壳，所述腔体外壳设有与所述人工肌肉一端相连接的接口，所述腔体内部由活塞隔断，并分为上、下两个部分，其中的上部分与外界环境相通，下部分与所述柔性手指内部相通；所述活塞机构的下端位于所述腔体内部，其上端设有与所述人工肌肉另一端相连接的接口，所述人工肌肉的两端通过支撑杆相连接；所述腔体外壳上部分与外界相通保持压强相通，所述腔体外壳下部分与柔性手指表皮内部相通保持压强相通。

2.根据权利要求1所述的模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其特征在于：所述人工肌肉由预拉伸的介电弹性体薄膜、预压缩的弹簧和肌肉接口构成；所述人工肌肉的数量和长度由抓手抓取力大小确定。

3.根据权利要求2所述的模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其特征在于：所述人工肌肉与所述抓手相应部件之间采用易拆卸的接口装配。

4.根据权利要求3所述的模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其特征在于：所述人工肌肉底端通过易拆卸的接口固定于所述腔体外壳，所述人工肌肉顶端通过易拆卸的接口固定于所述活塞机构上端。

5.根据权利要求5所述的模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其特征在于：所述腔体外壳内部填充空气或液体。

6.根据权利要求5所述的模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其特征在于：所述活塞机构的活塞通过支撑杆与人工肌肉安装上底盘相连接，并将所述腔体外壳分为上下两个部分。

7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手来抓取生鲜易碎物体的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、抓手抓取，当给卷轴型人工肌肉通电时，卷轴型人工肌肉伸长，推动腔体外壳内部的活塞相对向上运动，从而降低腔体外壳和柔性手指表皮内部的压强，由于所述柔性手指外表皮由柔性材料构成，内部压强减小时，开始收缩，从而内部骨骼受到外表皮的作用力而弯曲，实现了抓手的通电抓取功能；

S2、抓手放开，当卷轴型人工肌肉断电时，卷轴型人工肌肉恢复原长，活塞相对向下运动，腔体外壳与柔性手指外表皮内部压强恢复原始大小，手指伸直，实现抓手断电放开功能。

8.根据权利要求7所述的模块化电驱动的人工肌肉柔性负压抓手，其特征在于：腔体外壳内部填充空气时，可用于分拣快递、抓取生鲜易碎物品等，而腔体外壳内部填充水时，可用于深海作业。

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