一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器的制作方法

本申请涉及软体机器人技术领域，尤其涉及一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器。

背景技术：

在工业、农林业、服务业等领域中，往往需要机器人进行可靠的夹持或操作作业，这些工作的作业对象具有形状多样的特点，例如，易碎物料分拣、果蔬采摘、日用品抓握、人机交互等工作，这就需要机器人具有较强的形状适应性和可靠性。

近年来，国内外在末端执行器领域进行了很多细致的研究，如仿人手系统、吸盘阵列系统、钩刺抓夹系统等优秀的末端执行器。这些机器人系统具有刚性的结构，能够对一些指定的物体进行吸附或操作，然而，机器人在作业时往往需要与人、活体生物或易碎物体等进行交互，刚性末端执行器面对这些应用对象往往会存在局限性。为此，借助机器人学与材料学等多学科交叉，利用柔性材料和智能材料构建的软体末端执行器应运而生，为机器人的末端设计提供了更广阔的思路。但目前现有的软体末端执行器结构复杂，且形状适应性较差，无法可靠的完成抱夹工作。为此，本发明提出一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器，具有结构简易、形状适应性强和抓夹可靠性强的优点。

有鉴于此，本申请提供了一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器，包括：由刚柔耦合结构组成的二维随动链和软体结构；

所述二维随动链两端通过闭合扣件扣接形成环抱结构；

所述软体结构包括包裹在所述二维随动链外部的限制层和膨胀层；

所述膨胀层位于所述环抱结构的内侧，且所述膨胀层与所述限制层四周固定连接，形成封闭内腔；

所述软体结构上间隔设置有多个不可拉伸的套环，使所述膨胀层通气后形成多个凸包。

可选地，所述二维随动链包括多段刚性肋板；

多段所述刚性肋板之间均通过可折柔性关节连接。

可选地，所述刚性肋板上开设有肋板孔。

可选地，所述肋板孔的数量为多个。

可选地，所述肋板孔的形状为圆形。

可选地，所述二维随动链中部设置有用于与其他机器人本体连接的基座。

可选地，所述膨胀层连接有进气设备。

可选地，所述二维随动链由pla材料进行3d打印一体成型。

可选地，所述闭合扣件为燕尾槽结构扣件。

可选地，所述软体结构的材质为软硅胶。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：包括由刚柔耦合结构组成的二维随动链和软体结构，二维随动链两端通过闭合扣件扣接形成环抱结构，软体结构包括包裹在二维随动链外部的限制层和膨胀层，膨胀层位于环抱结构的内侧，且膨胀层与限制层四周固定连接，形成封闭内腔；软体结构上间隔设置有多个不可拉伸的套环，使膨胀层通气后形成多个凸包。本抱夹器通过采用刚柔耦合结构实现抱夹的基础上，再通过通气后使膨胀层隆起多个内凸包而实现对不同物体的抱夹，其结构简易，可适用于工业机器人或仿生机器人，安装在其末端，实现操作或附着。同时，由刚柔耦合结构组成的二维随动链保有了平面内的自由度，限制了平面外的自由度，由此保证了操作和支撑机器人的可行性。并且利用膨胀层向内膨胀，胀逼被夹物体，从而适应并可靠地抱夹物体，其中，多凸包结构对物体有更高的贴合度，增强了抱夹器的适应能力。

附图说明

图1为本申请实施例中内膨胀多凸包气动软体抱夹器正常工作状态下的结构示意图；

图2为本申请实施例中二维随动链的结构示意图；

图3为本申请实施例中软体结构的结构示意图；

图4为本申请实施例中内膨胀多凸包气动软体抱夹器未工作状态下的结构示意图；

图5为本申请实施例中内膨胀多凸包气动软体抱夹器抱夹方形杆时的内凸包包络情况示意图；

图6为本申请实施例中内膨胀多凸包气动软体抱夹器抱夹椭圆形杆时的内凸包包络情况示意图；

其中，附图标记为：

1-二维随动链，2-闭合扣件，3-基座，4-膨胀层，5-凸包，6-刚性肋板，7-柔性关节，8-肋板孔，9-限制层，10-套环。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提供了一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器的一个实施例，具体请参阅图1。

本实施例中的内膨胀多凸包气动软体抱夹器包括：由刚柔耦合结构组成的二维随动链1和软体结构，其中二维随动链1对软体结构起平面外的支撑作用，同时保有平面内的活动自由度，以确保抱夹的有效性和灵巧性；二维随动链1两端通过闭合扣件2扣接形成环抱结构，其中闭合扣件2与二维随动链1固定连接，实现对物体的预抱夹作用；软体结构包括包裹在二维随动链1外部的限制层9和膨胀层4，膨胀层4位于环抱结构的内侧，且膨胀层4与限制层9四周固定连接，形成封闭内腔；软体结构上间隔设置有多个不可拉伸的套环10，使膨胀层4通气后形成多个凸包5。具体的，膨胀层4与限制层9四周熔接，形成封闭内腔，通入气体即可膨胀，沿长度方向间隔分布的多个套环10使套环10处的膨胀层4不膨胀，而其他区域隆起膨胀，进而形成多个凸包5。

需要说明的是：本抱夹器通过采用刚柔耦合结构实现抱夹的基础上，再通过通气后使膨胀层4隆起多个内凸包5而实现对不同物体的抱夹，其结构简易，可适用于工业机器人或仿生机器人，安装在其末端，实现操作或附着。同时，针对多数操作任务或环境附着等应用，完全的软体机构易发生非期望的被动变形，应予以限制，本抱夹器采用由刚柔耦合结构组成的二维随动链1保有了平面内的自由度，限制了平面外的自由度，由此保证了操作和支撑机器人的可行性。并且利用膨胀层4向内膨胀，胀逼被夹物体，从而适应并可靠地抱夹物体，其中，多凸包5结构对物体有更高的贴合度，增强了抱夹器的适应能力。

以上为本申请实施例提供的一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种内膨胀多凸包气动软体抱夹器的实施例二，具体请参阅图1至图6。

本实施例中的内膨胀多凸包气动软体抱夹器包括：由刚柔耦合结构组成的二维随动链1和软体结构，二维随动链1两端通过闭合扣件2扣接形成环抱结构，软体结构包括包裹在二维随动链1外部的限制层9和膨胀层4，膨胀层4位于环抱结构的内侧，且膨胀层4与限制层9四周固定连接，形成封闭内腔；软体结构上间隔设置有多个不可拉伸的套环10，使膨胀层4通气后形成多个凸包5。

需要说明的是：二维随动链1保有平面内的所有自由度，即平面内两个方向的平移和绕平面法向的旋转的总计三个自由度，同时限制住了平面以外的所有自由度，保证不发生非期望的变形，进而保证了平面弯曲抱夹的基本形态。

如图2所示，二维随动链1包括多段刚性肋板6，多段刚性肋板6之间均通过可折柔性关节7连接。

二维随动链1可以由pla材料进行3d打印一体成型。具体的，二维随动链1由厚薄间隔分布的pla材料经3d打印一体成型，再在每一薄凹处沿宽度方向折叠，使之发生塑性变形，却不撕裂，从而形成柔性关节7，以此形成二维随动链1。

软体结构的材质可以为软硅胶。刚性肋板6上开设有肋板孔8，可内嵌于硅胶中，形成限制层9，其中肋板孔8的数量可以为多个，肋板孔8的形状可以为圆形。

具体的，将二维随动链1和膨胀层4型芯悬空平放于模型中，再往模具内浇铸液态硅胶，凝固后便可得到一体成型的限制层9和膨胀层4。其中，由于二维随动链1的刚性肋板6上设计了肋板孔8，使液态硅胶可以浸入肋板孔8内，凝固后可形成不可拉伸的限制层9。接着将型芯抽出，密封封闭开口，安装闭合扣件2，即得到本抱夹器的主体部分。最后，沿长度方向间隔地套上不可拉伸的套环10，使膨胀层4有可膨胀和不可膨胀的区域，可膨胀区通气后便是凸包5。

二维随动链1中部设置有用于与其他机器人本体连接的基座3，具体的，可将本抱夹器通过基座3安装在工业机器人或仿生机器人末端，扣接闭合扣件2，预抱夹物体，进而通气夹稳物体，由此，即可实现既适应又可靠的抱夹。

膨胀层4连接有进气设备。

闭合扣件2为燕尾槽结构扣件。具体的，二维随动链1两端分别设有一公一母的燕尾槽结构，扣接后可使抱夹器绕被夹物体实现预抱夹，当通气膨胀层4隆起多个凸包5时，可胀逼包络被夹物体，如此便能既适应物体的形态与尺寸，又能夹稳物体。

本抱夹器在未工作状态下是伸开平直的(如图4所示)，具体实施时，首先将抱夹器围绕着被夹物体环抱并用闭合扣件2扣住，实现预抱夹。此时，抱夹器为封闭的环抱状态。然后对抱夹器的膨胀层4通入气体，套环10以外的可膨胀区将隆起多个凸包5，凸包5向内膨胀，胀逼被夹物体，适应性地贴合在物体表面，形成接触包络(如图5和图6所示)。此外，胀逼力紧压在物体表面上，使膨胀层4与物体之间可产生较大的摩擦力，从而把物体可靠地抱夹。由此，实现了抱夹器对物体的适应性和可靠性的抱夹。将本抱夹器安装在工业机器人末端，可进行操作作业；将本抱夹器安装在如仿生攀爬机器人上，可完成机器人攀爬过程中的附着，实现攀爬。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

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