本技术介绍了一种新型介电弹性体驱动的模块化折纸式灵巧手指节,该指节由支架单元、驱动组件和折叠组件构成。支架单元包含两端的支架体,驱动组件由介电弹性体驱动机构组成,连接两个支架体,介电弹性体驱动器通过弯曲形变带动指节形变。折叠组件则包括连接两个支架体之间的折叠式支撑机构,内含刚性折纸单元,指节形变时带动刚性折纸单元折叠形变。该指节设计具有多自由度、高灵活性、快速响应,折纸结构增强了指节的刚性和负载能力,介电弹性体的柔性与折纸结构的折叠特性提升了指节的环境适应性。
背景技术
随着机器人智能化水平和操作能力的不断提升,灵巧手在航天航空、紧密机械、军事、工业和医疗器械等领域都有着广泛的应用前景。传统的灵巧手指关节多采用电动机、液压泵、气缸,齿轮、腱绳等零部件实现驱动和运动传递,然而机械机构的关节传动部件较多,结构较为复杂,制造难度高,需要较大的工作空间,并且环境适应性差,适用抓取对象范围小。而基于智能材料驱动的柔性指关节,与传统的机械结构关节相比,它的结构较为简单,控制方便,环境适应性高,然而,其刚度较差和驱动力不足的特点限制了它的适用范围。此外,近些年来,折纸结构凭借其良好的折叠特性和大折展比的特点而广受关注,科学工作者还将折纸技术用到了机器人的设计中,在保留机器人智能化等优势的基础上加入折纸的折叠特性,设计出各式各样的折纸机器人,增加了其对环境的适应性。
参考专利申请公布号:CN111923068A,一种腱传动仿人灵巧手的手指关节。该发明提供一种腱传动仿人灵巧手的手指关节,使用较少的腱绳实现较多的自由度,在与人手尺寸相仿的基础上使结构紧凑合理,利用结构上的特点达到腱绳传动效果,在高度一体化的同时具备一定的灵活性,可以实现较为精确的位置控制。但是该设计提供的腱传动手指关节仅有一个自由度,且柔顺性较低。
参考专利申请公布号:CN111673781A,一种变刚度仿人机器人手爪。该发明通过变刚度直线驱动装置实现手指关节刚性的改变,配合拇指的相对运动,提高了机器人手爪抓取目标的适应性。但是该设计采用内置的机电系统来实现灵巧手的关节弯曲,内部结构较为复杂,对滑块、螺母和丝杆等元件的采用较多且运动空间有限,装配比较麻烦,负载自重比较低。
参考专利申请公布号:CN108177156A,一种结构解耦驱动的变刚度软体手。该发明通过形状记忆合金驱动手指各部分动作,同时通过电流改变形状记忆合金的温度控制其杨氏模量,实现手指的刚度可变以获得更精确的抓取动作,具有更简单的结构且没有机械疲劳和磨损问题,还可以降低机械手与人交互过程中的风险,从而提供了一种软体手发展的可行性结构模型。但是电流热驱动有效功率较低,驱动时间较长。
实现思路