CN112297038A - 一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌 - Google Patents

一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌 Download PDF

Info

Publication number
CN112297038A
CN112297038A CN202011079751.9A CN202011079751A CN112297038A CN 112297038 A CN112297038 A CN 112297038A CN 202011079751 A CN202011079751 A CN 202011079751A CN 112297038 A CN112297038 A CN 112297038A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cable
air chamber
cables
soft palm
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011079751.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112297038B (zh
Inventor
陈志强
曾阳霖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN202011079751.9A priority Critical patent/CN112297038B/zh
Publication of CN112297038A publication Critical patent/CN112297038A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112297038B publication Critical patent/CN112297038B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Actuator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种线缆‑气动混合驱动的变形模式可控软手掌，包括进气口、执行器主体、普通气室、边缘气室和线缆，软手掌上下两面对称，均分布有普通气室和边缘气室；气室呈正六边形，底部相通，上部由三个方向的线缆连接；通过电机牵引某一方向的线缆从而限制软手掌在此方向上的变形，可以改变软手掌的变形模式。本发明提出的变形模式可控软手掌可以实现多种变形模式，极大地提高了软体执行器的灵活性，线缆与气动的混合驱动进一步提高了执行器的刚度。

Description

一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌
技术领域
本发明属于软体机器人技术领域，具体涉及一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌。
背景技术
软体机器人近年来发展迅速，与传统的刚体机器人不同，软体机器人本体采用软材料或柔性材料加工而成，可连续变形，理论上具有无限自由度。因此在一些特殊的场景中，如复杂易碎物体的抓持、人机交互和狭窄空间作业等方面拥有较大优势，因此具有良好的应用前景。
从驱动方式来划分，主流的驱动方式有流体驱动、线缆驱动、智能材料驱动等等。流体驱动通常使用气体驱动，高压充入气体时，由于两部分的长度变化差导致致动器在某个方向变形从而产生大幅度弯曲运动。但是存在控制精度不足，对抗外力的能力较差。且常见的软体执行器为一维棒状结构，只能实现一个方向的变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，可以实现多种变形模式，极大地提高了软体执行器的灵活性与稳定性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，包括进气口、执行器主体、普通气室、边缘气室和线缆；
气室相对执行器主体上下两面对称分布，边缘气室位于执行器主体靠近进气口一侧及相邻两侧，其余部分为普通气室，气室之间底部相通，下部呈正六边形，上部由线缆连接。
进一步的，普通气室下部为气腔区，相邻气腔区之间存在间隙，增加气压后发生膨胀变形；上部为牵引区，外部形状为棱台，通过线缆将气室的牵引区连接，牵引时将限制该方向的膨胀变形。
进一步的，边缘气室下部为气腔区，增加气压后发生膨胀变形；上部为顶部螺帽，底部螺帽，螺栓的组合；底部螺帽固定在气腔区顶部，线缆缠绕在螺栓上，用于改变线缆的牵引方向。
进一步的，所述线缆根据排列方向分为横向线缆，左斜向线缆，右斜向线缆；线缆相对执行器主体上下两面对称分布，且两面的横向线缆，左斜向线缆，右斜向线缆均为独立控制。
进一步的，每根左斜向线缆和右斜向线缆的尖端部分分别固定在软手掌边缘的各个气室，非尖端部分与气室牵引区可相对移动。
进一步的，每根横向线缆绕过最左侧与最右侧的边缘气室向下合并于下侧中央，用于约束气室的横向膨胀变形。
进一步的，每根左斜向线缆绕过右侧或下侧边缘气室合并于右下端，用于约束气室的左斜向变形。
进一步的，每根右斜向线缆绕过左侧或下侧边缘气室合并于左下端，用于约束气室的右斜向变形。
进一步的，所述进气口、执行器主体、普通气室、边缘气室均为硅胶材料。
进一步的，线缆为尼龙线或编织线。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)通过电机牵引线缆从而限制软手掌某些方向的变形，可以改变其变形模式，极大提高了灵活性；(2)通过线缆与气动的混合驱动方式，有效增加了弯曲时的刚度，提高了抓握的稳定性；(3)本发明以一维气动网络执行器的结构为原型，两面分布有许多半独立的小气室，增大气压时，气室的膨胀挤压导致长度增加；辅以线缆驱动方式，可以极大提高软体执行器的灵活性和稳定性。
附图说明
图1为本发明所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌三维图。
图2为图1所示软手掌的前视图。
图3为图1所示软手掌的俯视图。
图4为普通气室结构图。
图5为边缘气室结构图。
图6为软手掌的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图6，一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，包括进气口1、执行器主体2、普通气室3、边缘气室4、线缆5。所述软手掌为硅胶材料，线缆5可为尼龙线、编织线及合成线等具有高韧性的材料。
气室相对执行器主体2上下两面对称分布，边缘气室4位于执行器主体2靠近进气口一侧及相邻两侧，即图3中的左、右、下三侧，其余部分为普通气室3，气室之间底部相通，下部呈正六边形，上部由线缆5连接。所述气室包括边缘气室4和普通气室3。
普通气室3下部为气腔区6，相邻气腔区之间存在间隙，增加气压后发生膨胀变形；上部为牵引区7，外部形状为棱台，通过线缆5将气室的牵引区7连接，牵引时将限制该方向的膨胀变形。
边缘气室4下部为气腔区6，增加气压后发生膨胀变形；上部为顶部螺帽8，底部螺帽9，螺栓10的组合。底部螺帽9固定在气腔区6顶部，螺栓10用于改变线缆5的牵引方向。
线缆5根据排列方向分为横向线缆11，左斜向线缆13，右斜向线缆12。线缆相对执行器主体2上下两面对称分布，且两面的横向线缆11，左斜向线缆13，右斜向线缆12均为独立控制。每根左斜向线缆13和右斜向线缆12的尖端部分分别固定在软手掌边缘的各个气室，非尖端部分与气室牵引区7可相对移动。所述尖端部分为线缆起固定作用的一端。
以图3所示方向，进气口一侧为下侧，每根横向线缆11绕过最左侧与最右侧的边缘气室4向下合并于下侧中央，用于约束气室的横向膨胀变形；每根左斜向线缆13绕过右侧或下侧边缘气室4合并于右下端，用于约束气室的左斜向变形；每根右斜向线缆12绕过左侧或下侧边缘气室4合并于左下端，用于约束气室的右斜向变形。线缆5通过电机牵引，合并位置可根据电机位置适当调整。
软手掌的变形模式如下：
延展/收缩变形：当两侧所有线缆处于松弛状态，增加气压时，软手掌两面的面积同时增大，发生延展变形；当电机牵引两侧所有线缆处于紧绷状态，不增加气压，软手掌两面的面积同时减小，发生收缩变形。
单方向卷曲变形：电机牵引软手掌一面全部三种线缆，同时牵引另一面的横向线缆，另外两种线缆处于松弛状态，软手掌发生纵向卷曲变形；电机牵引软手掌一面全部三种线缆，同时牵引另一面的左斜向线缆，另外两种线缆处于松弛状态，软手掌发生垂直于左斜向线缆的卷曲变形；电机牵引软手掌一面全部三种线缆，同时牵引另一面的右斜向线缆，另外两种线缆处于松弛状态，软手掌发生垂直于右斜向线缆的卷曲变形；电机牵引软手掌一面全部三种线缆，同时牵引另一面的左斜向线缆与右斜向线缆，横向线缆处于松弛状态，软手掌发生横向卷曲变形；电机牵引软手掌一面全部三种线缆，同时牵引另一面的左斜向线缆与横向线缆，右斜向线缆处于松弛状态，软手掌发生右斜向卷曲变形；电机牵引软手掌一面全部三种线缆，同时牵引另一面的横向线缆与右斜向线缆，左斜向线缆处于松弛状态，软手掌发生左斜向卷曲变形。两面均能发生六个方向的卷曲变形。
包裹变形：电机牵引软手掌一面全部三种线缆，另一面三种线缆处于松弛状态，增加气压时，松弛面面积增大，朝牵引面弯曲，发生包裹变形。两面均能发生包裹变形。
除以上变形模式外，在不脱离本发明原理的前提下，改变气室的形状与分布，改变线缆的排列方式，改变线缆的控制方式，均能产生多种变形模式，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：包括进气口(1)、执行器主体(2)、普通气室(3)、边缘气室(4)和线缆(5)；
气室相对执行器主体(2)上下两面对称分布，边缘气室(4)位于执行器主体(2)靠近进气口一侧及相邻两侧，其余部分为普通气室(3)，气室之间底部相通，下部呈正六边形，上部由线缆(5)连接。
2.根据权利要求1所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：普通气室(3)下部为气腔区(6)，相邻气腔区之间存在间隙，增加气压后发生膨胀变形；上部为牵引区(7)，外部形状为棱台，通过线缆(5)将气室的牵引区(7)连接，牵引时将限制该方向的膨胀变形。
3.根据权利要求1所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：边缘气室(4)下部为气腔区(6)，增加气压后发生膨胀变形；上部为顶部螺帽(8)、底部螺帽(9)、螺栓(10)的组合；底部螺帽(9)固定在气腔区(6)顶部，线缆(5)缠绕在螺栓(10)上，螺栓(10)用于改变线缆(5)的牵引方向。
4.根据权利要求1、2或3所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：所述线缆(5)根据排列方向分为横向线缆(11)、左斜向线缆(13)、右斜向线缆(12)；线缆(5)相对执行器主体(2)上下两面对称分布，且两面的横向线缆(11)、左斜向线缆(13)、右斜向线缆(12)均为独立控制。
5.根据权利要求4所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：每根左斜向线缆(13)和右斜向线缆(12)的尖端部分分别固定在软手掌边缘的各个气室，非尖端部分与气室牵引区(7)可相对移动。
6.根据权利要求5所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：每根横向线缆(11)绕过最左侧与最右侧的边缘气室(4)向下合并于下侧中央，用于约束气室的横向膨胀变形。
7.根据权利要求5所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：每根左斜向线缆(13)绕过右侧或下侧边缘气室(4)合并于右下端，用于约束气室的左斜向变形。
8.根据权利要求5所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：每根右斜向线缆(12)绕过左侧或下侧边缘气室(4)合并于左下端，用于约束气室的右斜向变形。
9.根据权利要求1所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：所述进气口(1)、执行器主体(2)、普通气室(3)、边缘气室(4)均为硅胶材料。
10.根据权利要求1所述的线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌，其特征在于：所述线缆(5)为尼龙线或编织线。
CN202011079751.9A 2020-10-10 2020-10-10 一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌 Active CN112297038B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011079751.9A CN112297038B (zh) 2020-10-10 2020-10-10 一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011079751.9A CN112297038B (zh) 2020-10-10 2020-10-10 一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112297038A true CN112297038A (zh) 2021-02-02
CN112297038B CN112297038B (zh) 2022-05-27

Family

ID=74488334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011079751.9A Active CN112297038B (zh) 2020-10-10 2020-10-10 一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112297038B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010034720A1 (de) * 2010-08-18 2012-02-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Flächengreifer
US20190112433A1 (en) * 2017-10-13 2019-04-18 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Soft material, method for electrostatically inducing deformation therein, and soft robot
CN110116422A (zh) * 2019-04-29 2019-08-13 天津大学 一种双驱动多模块软体末端连接装置
CN111546363A (zh) * 2020-04-13 2020-08-18 清华大学 多功能自适应可控粘附软体机械手
DE102019002892A1 (de) * 2019-04-23 2020-10-29 Kuka Deutschland Gmbh Werkzeug sowie Greifer aufweisend ein Werkzeug

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010034720A1 (de) * 2010-08-18 2012-02-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Flächengreifer
US20190112433A1 (en) * 2017-10-13 2019-04-18 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Soft material, method for electrostatically inducing deformation therein, and soft robot
DE102019002892A1 (de) * 2019-04-23 2020-10-29 Kuka Deutschland Gmbh Werkzeug sowie Greifer aufweisend ein Werkzeug
CN110116422A (zh) * 2019-04-29 2019-08-13 天津大学 一种双驱动多模块软体末端连接装置
CN111546363A (zh) * 2020-04-13 2020-08-18 清华大学 多功能自适应可控粘附软体机械手

Also Published As

Publication number Publication date
CN112297038B (zh) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112757329B (zh) 一种基于折纸原理的气动软体抓取器
CN109732582B (zh) 一种基于外侧拉线的软体机器人摄像头携带装置和方法
WO2020232802A1 (zh) 一种具有表面微结构的柔性手爪
CN110525531B (zh) 一种摩擦式移动软机器人及其驱动方法
CN112297038B (zh) 一种线缆-气动混合驱动的变形模式可控软手掌
CN108858269A (zh) 一种变刚度三指软体机器人
IL153336A (en) Method and device for designing structural parts
CN110142798A (zh) 一种类圆形阶梯式软体手爪
CN113127989A (zh) 一种六自由度机械臂逆运动学解析求解控制方法
CN113682466A (zh) 基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法
CN113370242B (zh) 横纵耦合气动型多指软体机械手
CN108639357B (zh) 一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮
CN111300400A (zh) 气动软体驱动器及其组合结构和具有其的软体机器人
CN111975808A (zh) 一种气控软体仿生机械手指
CN111975807A (zh) 一种气控软体仿生机械手
CN113400288B (zh) 一种气动驱动的仿蛇形软体机器人
He et al. The mechanical design of snake-arm robot
EP0195454B1 (en) Working robot used for the water chamber of the heat exchanger
Kako et al. 3D Printable Origami-Inspired Pneumatic Soft Actuator with Modularized Design
CN110065060B (zh) 一种三自由度软机器人及其驱动方法
CN111618839B (zh) 一种阵列式串并联结构的平面软体气动驱动器
CN111347455A (zh) 一种摩擦力在线可调的软体手指
CN110539292B (zh) 一种具有刚度保持的半软体机器人模块及半软体机器人
NL2028126B1 (en) Pneumatic soft actuator as well as combined structure and soft robot with same
CN220762676U (zh) 一种仿生捕蝇草软体抓手

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant