本發(fā)明涉及軟體機(jī)械手，特別涉及一種面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手、模具及制作方法。

背景技術(shù)：

1、在水下環(huán)境執(zhí)行多樣化的作業(yè)任務(wù)中，水下機(jī)械手是典型的作業(yè)工具，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外在水下機(jī)械手技術(shù)方面的研究成果已有很多，在水下資源開(kāi)發(fā)和探索中發(fā)揮了重要的作用。目前，根據(jù)實(shí)際作業(yè)任務(wù)的需求，水下機(jī)械手從最初的單自由度剛性機(jī)械手逐漸發(fā)展到具有高度靈活性的柔性機(jī)械手。

2、早期在水下作業(yè)中常使用的是單自由度的機(jī)械手抓，其中，以schilling公司為代表研究的的多種形式的夾鉗式機(jī)械手。它們雖然外觀結(jié)構(gòu)不完全相同，但是它們都只有開(kāi)/合一個(gè)自由度，抓取形式單一，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)封閉式抓取，更加適合諸如石頭等大塊硬質(zhì)物體的抓取。因此，利用此類(lèi)機(jī)械手可完成的作業(yè)任務(wù)比較單一。為了增加水下機(jī)械手的自由度，從而提高手指的靈活度和實(shí)現(xiàn)多樣化的水下作業(yè)任務(wù)，國(guó)內(nèi)外在這方面開(kāi)展了不少的研究。

3、在執(zhí)行水下作業(yè)任務(wù)的過(guò)程中，機(jī)械手有必要集成多個(gè)傳感器單元來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的姿態(tài)感知以及外界環(huán)境的感知，從而提高水下作業(yè)效率。然而，由于極端復(fù)雜的水下環(huán)境，無(wú)論是水下剛性機(jī)械手，還是軟體機(jī)械手都在感知功能上面臨著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的水下抓取任務(wù)都是通過(guò)視覺(jué)反饋的信息來(lái)遠(yuǎn)程操控水下機(jī)械手來(lái)完成作業(yè)任務(wù)，水下機(jī)械手的控制方式基本上都是開(kāi)環(huán)控制，幾乎沒(méi)有基于自身的感知信息來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手、模具及制作方法，該柔性光波導(dǎo)軟體手可感知手指的彎曲，提高軟體手在水下復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的效率。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段：

3、本發(fā)明一方面提供一種面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手，包括軟體執(zhí)行器本體、連接座及柔性光波導(dǎo)傳感器，其中軟體執(zhí)行器本體內(nèi)設(shè)有軟體手艙室，軟體手艙室內(nèi)充氣或充液后軟體執(zhí)行器本體能夠彎曲；軟體執(zhí)行器本體的兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)柔性光波導(dǎo)傳感器，柔性光波導(dǎo)傳感器用于感知軟體執(zhí)行器本體的彎曲；連接座設(shè)置于軟體執(zhí)行器本體的后端，用于與外部設(shè)備連接。

4、所述軟體執(zhí)行器本體為采用硅膠制成的具有矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的壓力囊，充入氣體或液體介質(zhì)后壓力囊脹大，實(shí)現(xiàn)彎曲。

5、所述軟體執(zhí)行器本體包括由前向后依次設(shè)置的手指指尖、形變段和手指固定段，其中形變段包括保持艙和彎曲艙，保持艙靠近手指固定段，在維持驅(qū)動(dòng)力的情況下產(chǎn)生小彎曲度；彎曲艙靠近手指指尖，彎曲艙的上面為矩形波紋結(jié)構(gòu)，能夠提供大彎曲度。

6、所述柔性光波導(dǎo)傳感器包括光波導(dǎo)軟外殼及設(shè)置于光波導(dǎo)軟外殼內(nèi)部?jī)啥说陌l(fā)光器件和光敏器件，光波導(dǎo)軟外殼內(nèi)設(shè)有光波導(dǎo)核芯，發(fā)光器件發(fā)射的光源經(jīng)過(guò)光波導(dǎo)核芯傳輸至光敏器件上。

7、所述光波導(dǎo)軟外殼采用折射率低且不透明的硅膠材料制作；所述光波導(dǎo)核芯采用折射率高且透明的聚氨酯材料填充于所述光波導(dǎo)軟外殼內(nèi)。

8、本發(fā)明另一方面提供一種如上所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手的制備模具，包括蠟芯模具和軟體執(zhí)行器模具；

9、蠟芯模具用于制作蠟芯；蠟芯設(shè)置于軟體執(zhí)行器模具內(nèi)，通過(guò)向軟體執(zhí)行器模具內(nèi)注射硅膠，制備軟體執(zhí)行器本體。

10、所述蠟芯模具包括左側(cè)擋板、蠟艙、前擋板、右側(cè)擋板及頂蓋，其中左側(cè)擋板、蠟艙和右側(cè)擋板從左到右依次貼合放置且前端通過(guò)前擋板連接，左側(cè)擋板、蠟艙和右側(cè)擋板的頂部通過(guò)頂蓋密封連接，蠟艙上具有沿長(zhǎng)度方向依次間隔設(shè)置的多個(gè)凹模，頂蓋上設(shè)有覆蓋蠟艙上多個(gè)凹模的平面凹槽，且頂蓋的后端設(shè)有注料槽，通過(guò)注料槽向頂蓋的平面凹槽及蠟艙的多個(gè)凹模內(nèi)注滿熔化的蠟，蠟固化，獲得具有多個(gè)間隔布置的凸起結(jié)構(gòu)的蠟芯。

11、所述軟體執(zhí)行器模具包括底板、氣艙板和上擋板，底板、氣艙板和上擋板由下至上依次合模后形成模腔，蠟芯設(shè)置于模腔內(nèi)，蠟芯的外表面與模腔內(nèi)壁之間形成注射腔，向注射腔內(nèi)注入硅膠，固化后形成含有蠟芯的注射體，將蠟芯熔化后，獲得具有軟體手艙室的軟體執(zhí)行器本體。

12、本發(fā)明又一方面提供一種利用如上所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手的制備模具的制備方法，包括以下步驟：

13、步驟s1：通過(guò)蠟芯模具制作蠟芯；

14、步驟s2：通過(guò)軟體執(zhí)行器模具和蠟芯制作軟體執(zhí)行器本體；

15、步驟s3：組裝柔性光波導(dǎo)軟體手。

16、所述制作蠟芯的過(guò)程，包括以下步驟：

17、給蠟芯模具的內(nèi)表面噴脫模劑，并用刷子涂抹均勻；

18、組裝好蠟芯模具，并在蠟芯模具的腔體內(nèi)插入兩根鐵絲作固定；

19、將熔化的蠟倒入組裝好的蠟芯模具內(nèi)；

20、在常溫下冷卻固化后，取出帶有兩根鐵絲的蠟芯；

21、所述制作軟體執(zhí)行器本體的過(guò)程，包括以下步驟：

22、將成型的蠟芯放入軟體執(zhí)行器模具內(nèi)部，且通過(guò)兩根鐵絲支撐，組裝好軟體執(zhí)行器模具；

23、將以1：1的重量比混合好的a/b硅膠溶液倒入針管，在外部壓強(qiáng)的作用下注入軟體執(zhí)行器模具中，最后密封好注射孔；

24、硅膠固化后，從軟體執(zhí)行器模具中取出含有蠟芯的注射體，再放入烤箱熔化蠟芯蠟芯，最后獲得成型的軟體執(zhí)行器本體；

25、所述組裝柔性光波導(dǎo)軟體手的過(guò)程，包括以下步驟：

26、將兩個(gè)柔性光波導(dǎo)傳感器粘接在軟體執(zhí)行器本體的兩側(cè)，軟體執(zhí)行器本體的后端粘接連接座，連接座與寶塔接頭連接。

27、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：本發(fā)明提供的一種面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手，將軟體手指設(shè)計(jì)為波紋管型柔性結(jié)構(gòu)體，通過(guò)手指內(nèi)部通道加壓，實(shí)現(xiàn)手指彎曲變形，達(dá)到對(duì)水下物體的抓??；并通過(guò)柔性光波導(dǎo)傳感器對(duì)手指的彎曲進(jìn)行感知，將軟體手和光波導(dǎo)傳感器結(jié)合，提高軟體手在水下復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的效率，可通過(guò)柔性光波傳感器來(lái)反饋軟體手自身的狀態(tài)和環(huán)境信息。

28、本發(fā)明采用柔性光波導(dǎo)傳感器能夠檢測(cè)微小的變化和細(xì)微的信號(hào)，并對(duì)電磁干擾和環(huán)境噪聲具有較強(qiáng)的抵抗能力，其具有快速響應(yīng)的特性，可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)和響應(yīng)變化，同時(shí)光波導(dǎo)傳感器無(wú)需與目標(biāo)物接觸即可進(jìn)行檢測(cè)

29、本發(fā)明的軟體執(zhí)行器的彎曲感知具有較高的線性度、靈敏度和低遲滯性的特征，且將傳感器嵌入到軟體執(zhí)行器的兩側(cè)不僅對(duì)其彎曲性能的影響很小，而且可以減小卸壓時(shí)的遲滯性。

技術(shù)特征：

1.一種面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手，其特征在于，包括軟體執(zhí)行器本體(13)、連接座(15)及柔性光波導(dǎo)傳感器(14)，其中軟體執(zhí)行器本體(13)內(nèi)設(shè)有軟體手艙室，軟體手艙室內(nèi)充氣或充液后軟體執(zhí)行器本體(13)能夠彎曲；軟體執(zhí)行器本體(13)的兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)柔性光波導(dǎo)傳感器(14)，柔性光波導(dǎo)傳感器(14)用于感知軟體執(zhí)行器本體(13)的彎曲；連接座(15)設(shè)置于軟體執(zhí)行器本體(13)的后端，用于與外部設(shè)備連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手，其特征在于，所述軟體執(zhí)行器本體(13)為采用硅膠制成的具有矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的壓力囊，充入氣體或液體介質(zhì)后壓力囊脹大，實(shí)現(xiàn)彎曲。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手，其特征在于，所述軟體執(zhí)行器本體(13)包括由前向后依次設(shè)置的手指指尖(131)、形變段(132)和手指固定段(133)，其中形變段(132)包括保持艙(1321)和彎曲艙(1322)，保持艙(1321)靠近手指固定段(133)，在維持驅(qū)動(dòng)力的情況下產(chǎn)生小彎曲度；彎曲艙(1322)靠近手指指尖(131)，彎曲艙(1322)的上面為矩形波紋結(jié)構(gòu)，能夠提供大彎曲度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手，其特征在于，所述柔性光波導(dǎo)傳感器(14)包括光波導(dǎo)軟外殼(1404)及設(shè)置于光波導(dǎo)軟外殼(1404)內(nèi)部?jī)啥说陌l(fā)光器件(1402)和光敏器件(1403)，光波導(dǎo)軟外殼(1404)內(nèi)設(shè)有光波導(dǎo)核芯(1404)，發(fā)光器件(1402)發(fā)射的光源經(jīng)過(guò)光波導(dǎo)核芯(1404)傳輸至光敏器件(1403)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手，其特征在于，所述光波導(dǎo)軟外殼(1404)采用折射率低且不透明的硅膠材料制作；所述光波導(dǎo)核芯(1404)采用折射率高且透明的聚氨酯材料填充于所述光波導(dǎo)軟外殼(1404)內(nèi)。

6.一種如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手的制備模具，其特征在于，包括蠟芯模具和軟體執(zhí)行器模具；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手的制備模具，其特征在于，所述蠟芯模具包括左側(cè)擋板(1)、蠟艙、前擋板(4)、右側(cè)擋板(5)及頂蓋(6)，其中左側(cè)擋板(1)、蠟艙和右側(cè)擋板(5)從左到右依次貼合放置且前端通過(guò)前擋板(4)連接，左側(cè)擋板(1)、蠟艙和右側(cè)擋板(5)的頂部通過(guò)頂蓋(6)密封連接，蠟艙上具有沿長(zhǎng)度方向依次間隔設(shè)置的多個(gè)凹模，頂蓋(6)上設(shè)有覆蓋蠟艙上多個(gè)凹模的平面凹槽，且頂蓋(6)的后端設(shè)有注料槽，通過(guò)注料槽向頂蓋(6)的平面凹槽及蠟艙的多個(gè)凹模內(nèi)注滿熔化的蠟，蠟固化，獲得具有多個(gè)間隔布置的凸起結(jié)構(gòu)的蠟芯(7)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手的制備模具，其特征在于，所述軟體執(zhí)行器模具包括底板、氣艙板和上擋板(12)，底板、氣艙板和上擋板(12)由下至上依次合模后形成模腔，蠟芯(7)設(shè)置于模腔內(nèi)，蠟芯(7)的外表面與模腔內(nèi)壁之間形成注射腔，向注射腔內(nèi)注入硅膠，固化后形成含有蠟芯(7)的注射體，將蠟芯(7)熔化后，獲得具有軟體手艙室的軟體執(zhí)行器本體(13)。

9.一種利用如權(quán)利要求8所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手的制備模具的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手的制作方法，其特征在于，所述制作蠟芯的過(guò)程，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及軟體機(jī)械手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向水下應(yīng)用的柔性光波導(dǎo)軟體手、模具及制作方法。該柔性光波導(dǎo)軟體手包括軟體執(zhí)行器本體、連接座及柔性光波導(dǎo)傳感器，其中軟體執(zhí)行器本體內(nèi)設(shè)有軟體手艙室，軟體手艙室內(nèi)充氣或充液后軟體執(zhí)行器本體能夠彎曲；軟體執(zhí)行器本體的兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)柔性光波導(dǎo)傳感器，柔性光波導(dǎo)傳感器用于感知軟體執(zhí)行器本體的彎曲；連接座設(shè)置于軟體執(zhí)行器本體的后端，用于與外部設(shè)備連接。該柔性光波導(dǎo)軟體手可感知手指的彎曲，提高軟體手在水下復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙新剛,張道輝,韓佰松,傅昕,許乃佳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19