CN111745678B - 自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手 - Google Patents

Abstract

一种自适应干性吸附‑脱附功能化气动柔性抓手，包括：一对相对滑动设置于抓手固定架上的气动手指，其中：气动手指的相对侧面上依次设有脱离气室和干粘附层；干粘附层包括：左、右粘附层、以及位于粘附层上的微米级的楔形突起，通过楔形凸起发生定向形变并增加与被接触物体之间的接触面积，实现与物体之间的范德华力及吸附力的提高。本发明通过提高吸附力增加气动抓手抓取物体的质量，同时简化抓手的抓取动作，无需包裹物体即可实现物体的抓取。

Description

自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手

技术领域

本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手。

背景技术

用于软体机器人的气动柔性抓手的手指一般在通入压缩气体后发生膨胀弯曲变形，由此组成的气动抓手在通入压缩气体后就可以产生类似手掌的抓取动作。气动软体抓手比刚性抓手更适合抓取脆弱，易碎的物体，有较为广泛的应用前景，但是由于其材料本身的限制，柔性抓手的刚度往往偏低，无法实现较大质量物体的抓取，而且抓取过程中气动手指需要维持弯曲状态使抓手包络物体从而实现抓握，对气动柔性抓手的应用造成了很大的限制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手，通过大幅度提高气动手指之间的吸附力增加气动抓手抓取物体的质量，同时简化抓手的抓取动作，无需包裹物体即可实现物体的抓取，同时利用气动驱动器柔性易变形的特点实现自适应抓取，且抓手可以根据需要自动降低对物体的粘附力从而实现物体的脱离，拓宽了柔性抓手的应用范围，提高了抓手的工作性能。在抓取到脱附的过程中仅需气源供能，降低了控制复杂程度以及能耗。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：一对相对滑动设置于抓手固定架上的气动手指，其中：气动手指的相对侧面上依次设有脱离气室和干粘附层。

所述的滑动设置，通过手指固定架分别与抓手固定架上的调整槽和气动手指相连得以实现。

所述的脱离气室包括：两个分别设置于气动手指内侧两边的外气室、位于其顶端用于充放气的外气室气孔、设置于两个外气室之间的内气室以及用于内气室充放气的内气室气孔。

所述的干粘附层包括：左、右粘附层、以及位于粘附层上的微米级的楔形突起，通过楔形凸起发生定向形变并增加与被接触物体之间的接触面积，提高与物体之间的范德华力从而大幅度提高吸附力。

所述的气动手指顶端固定设置于手指固定架上并由螺栓螺母以及固定板实现固定且固定位置可调，两根气动手指分别设有气孔以独立供气；抓手固定架上设有用于向气动手指顶端供气并避免发生干涉的通孔。

技术效果

本发明整体解决了在不改变气动柔性抓手的刚度的前提下，提高柔性抓手抓取物体的重量，同时实现物体的自动脱离的技术问题；本发明通过干性黏附材料的吸附效果可在手指较低刚度的条件下大幅度提高抓手的性能，拓宽了气动抓手的应用范围，又由于手指对物体的吸附力可根据需要自动降低，实现物体的自动释放，增加了抓手的功能以及实用性。

附图说明

图1为本发明的总体结构三维视图；

图2为图1分解图；

图3为气动手指、脱离气室及干粘附层的示意图；

图4为图3俯视图；

图中：1抓手固定架、101螺栓、102螺母、103调整槽、2抓手固定架、201通孔、3压紧板、4螺栓、5螺母、6气动手指、601气孔、7脱离气室、701内气室气孔、702外气室气孔、703外气室、704内气室、8干粘附层、801左粘附层、802右粘附层、803楔形突起。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例包括：一对相对滑动设置于抓手固定架1上的气动手指6，其中：气动手指6的相对侧面上依次设有脱离气室7和干粘附层8。

所述的滑动设置，通过手指固定架2分别与抓手固定架1上的调整槽103和气动手指6相连得以实现。

如图1所示，所述的手指固定架2可在抓手固定架1上调整位置并使用螺栓101以及螺母102通过调整槽103固定设置于抓手固定架1上。

所述的手指固定架2用于安装固定气动手指6的顶端，使用压紧板3压紧气动手指6使其固定设置于手指固定架2中，使用螺栓4和螺母5连接手指固定架2以及压紧板3，实现气动手指6的固定。通孔201用于在气动手指6顶端安装气管，避免发生干涉。

所述的气动手指6为由硅胶通过模具浇注而成的气动网格驱动器，其气室呈网格状排布，在通入压缩气体后彼此挤压从而实现驱动器自身的弯曲。

所述的气动手指6上设有用于充放气的气孔601。

如图2和图3所示，所述的脱离气室7包括：两个分别设置于气动手指6内侧两边的外气室703、位于其顶端用于充放气的外气室气孔702、设置于两个外气室703之间的内气室704以及用于内气室704充放气的内气室气孔701。

如图3所示，所述的干粘附层8包括：左、右粘附层801、802以及位于粘附层上的微米级的楔形突起803，通过楔形凸起803发生定向形变并增加与被接触物体之间的接触面积，提高与物体之间的范德华力从而大幅度提高吸附力。该楔形突起803可通过化学刻蚀或铸模工艺技术制造得到。

所述的楔形结构803的凸起方向以及排列方向均沿手指长度方向呈斜向排布，且左粘附层801以及右粘附层802的楔形突起803的排布方向相反，在气动手指6充气膨胀弯曲时干粘附层8会随气动手指6一同变形，接触到被抓取物体并尽可能增加抓取面积，当抓手抓取物体时干粘附层8受到承载力的作用，由于楔形突起803的排列方向为沿着气动手指长度方向45度的方向，所以干粘附层8上的楔形突起803会受到向着增加与被抓物体之间的接触面积的方向发生形变的分力，从而增加与被抓取物体之间的范德华力，提高气动抓手6的抓取性能。

如图3和图4所示，所述的斜向排布，优选倾角θ为45°，通过该微型的楔形结构利用抓取物体重力产生的分力引起楔形结构变形，提高抓手与物体之间的范德华力；在脱离气室充气时可以减少与物体接触的楔形体的数量，同时抵消重力分量产生的楔形结构的变形，降低吸附力，实现物体的脱附。

所述的左粘附层801和右粘附层802分别固定设置于两个外气室703的表面，当脱离气室7充气的时候，外气室703膨胀变形，使设置于外气室703上的干粘附层8一同变形，当干粘附层8变形隆起时会导致其与被抓物体之间的接触面积缩小，使干粘附层8与被抓物体剥离，同时，内气室704与外气室703充气膨胀的时候会分别挤压和拉伸干粘附层8，使干粘附层8朝着缩小楔形凸起803与被接触物体之间的接触面积的方向移动，降低与被抓物体之间的粘附力，实现被抓取物体的脱离。

与现有技术相比，本装置利用干吸附力提高抓手抓取物体的质量，还可以实现物体的自动脱附。

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 (4)

1.一种自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手，其特征在于，包括：一对相对滑动设置于抓手固定架上的气动手指，其中：气动手指的相对侧面上依次设有脱离气室和干粘附层；

所述的干粘附层包括：左、右粘附层、以及位于粘附层上的微米级的楔形突起，通过楔形凸起发生定向形变并增加与被接触物体之间的接触面积，实现与物体之间的范德华力及吸附力的提高；

所述的脱离气室包括：两个分别设置于气动手指内侧两边的外气室、位于其顶端用于充放气的外气室气孔、设置于两个外气室之间的内气室以及用于内气室充放气的内气室气孔；

当脱离气室充气的时候，外气室膨胀变形，使设置于外气室上的干粘附层一同变形，当干粘附层变形隆起时会导致其与被抓物体之间的接触面积缩小，使干粘附层与被抓物体剥离，同时，内气室与外气室充气膨胀的时候会分别挤压和拉伸干粘附层，使干粘附层朝着缩小楔形凸起与被接触物体之间的接触面积的方向移动，降低与被抓物体之间的粘附力，实现被抓取物体的脱离。

2.根据权利要求1所述的自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手，其特征是，所述的滑动设置，通过手指固定架分别与抓手固定架上的调整槽和气动手指相连得以实现。

3.根据权利要求1所述的自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手，其特征是，所述的定向形变是指：楔形结构的凸起方向以及排列方向均沿手指长度方向呈倾角排布，且左粘附层以及右粘附层的楔形突起的排布方向相反，在气动手指充气膨胀弯曲时干粘附层会随气动手指一同变形，接触到被抓取物体并尽可能增加抓取面积，当抓手抓取物体时干粘附层受到承载力的作用，由于楔形突起的排列方向为沿着气动手指长度方向度的方向，所以干粘附层上的楔形突起会受到向着增加与被抓物体之间的接触面积的方向发生形变的分力，从而增加与被抓取物体之间的范德华力，提高气动抓手的抓取性能。

4.根据权利要求2所述的自适应干性吸附-脱附功能化气动柔性抓手，其特征是，所述的气动手指顶端固定设置于手指固定架上并由螺栓螺母以及固定板实现固定且固定位置可调，两根气动手指分别设有气孔以独立供气；抓手固定架上设有用于向气动手指顶端供气并避免发生干涉的通孔。

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