(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211084954.6 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市下城区潮王路 18号 (72)发明人 吴化平　陈欢　钱强强　周伟乾　 孔薇琪　田野　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. B25J 15/10(2006.01) B25J 15/00(2006.01) B25J 9/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种仿博比特 虫的快速响应捕获机构 (57)摘要 本发明公开了一种仿博比特虫的快速响应 捕获机构。 摩擦电式非接触接近感知单元贴附在 三爪执行模块上， 气动 双稳态驱动模块安装在三 爪执行模块上； 捕获爪铰接三爪执行模块的驱动 座； 气囊驱动装置的一端铰接驱动座的一端， 另 一端铰接驱动座的侧部； 摩 擦电式非接触接近感 知单元和气动双稳态驱动模块电连接外部采集 控制模块， 气囊驱动装置连通外部气泵， 外部采 集控制模块电连接外部气 泵。 本发明通过感知单 元以非接触的方式提前感知接近物体， 扩展了捕 获机构的感知范围； 增设的负刚度缓冲层对释放 的能量进行有效缓冲， 保护了爪体和被抓物不受 破坏； 通过气囊触发存储在拉伸弹簧中的能量， 进而实现捕获机构的快速闭合， 提高了捕获机构 的响应速度。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115503012 A 2022.12.23 CN 115503012 A 1.一种仿博比特虫的快速响应捕获机构， 其特征在于： 包括四个摩擦电式非接触接近 感知单元(1)、 气动双稳态驱动模块(2)和三爪 执行模块(3)， 四个摩 擦电式非接触接近感知 单元(1)贴附在三爪执行模块(3)上， 气动双稳态驱动模块(2)安装在三爪执行模块(3)上； 三爪执行模块(3)包括驱动座和三个捕获爪(31)， 三个捕获爪(31)的根端沿周向均匀间隔 铰接在驱动座的一端， 驱动座的一端作为捕获机构的爪心处， 三个捕获爪(31)的末端朝爪 心处外弯曲； 其中一个摩 擦电式非接触接近感知单元(1)贴附在爪心处， 另外三个摩擦电式 非接触接近感知单元(1)分别贴附在三个捕获爪(31)的爪内侧； 气动双稳态驱动模块(2)包 括三个气囊驱动装置， 三个气囊驱动装置的一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块(3) 的驱动座的一端， 每两个捕获爪(31)的末端之间铰接有一个气囊驱动装置的一端， 三个气 囊驱动装置的另一端沿周向均匀间隔铰接在三爪执行模块(3)的驱动座的侧部； 四个摩擦 电式非接触接近感知单元(1)和气动双稳态驱动模块(2)均电连接外部采集控制模块， 气动 双稳态驱动模块(2)的三个气囊驱动装置均连通外部气泵， 外部采集控制模块电连接外部 气泵。 2.根据权利要求1所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的三 爪执行模块(3)的驱动座包括三个驱动臂(32)、 底座(33)、 活动套(34)、 滑杆(35)、 若干限位 杆(36)和爪座(37)， 各个限位杆(36)沿周向均匀间隔平行安装在滑杆(35)的外周并与滑杆 (35)不相接触， 滑杆(35)和各个限位杆(36)的一端连接爪座(37)的一端面， 滑杆(35)和各 个限位杆(36)的另一端连接底座(33)的一端面 【， 底座(33)的另一端面固定安装在外部固 定处， 以进行物体的捕获】 ； 爪座(37)的外侧面沿周向均匀间隔设有六个第一铰接结构， 三 个捕获爪(31)的末端和三个气囊驱动装置的一端间隔交错铰接在爪座(37)的六个第一铰 接结构上； 远离滑杆(35)的爪座(37)的另一端面作为捕获机构的爪心处； 滑杆(35)和各个 限位杆(36)上共同活动套装有活动套(34)， 活动套(34)的外侧面 沿周向均匀间隔设有六个 第二铰接结构， 三个气囊驱动装置的另一端铰接在活动套(34)的其中三个间隔的第二铰接 结构上， 活动套(34)的另外三个第二铰接结构上分别铰接三个驱动臂(32)的一端， 三个驱 动臂(32)的另一端分别铰接三个捕获爪(31)的爪外侧的靠 近滑杆(3 5)的一侧。 3.根据权利要求1所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的三 爪执行模块(3)的三个捕获爪(31)的爪内侧均为负刚度缓冲层， 三个摩擦电式非接触接近 感知单元(1)分别贴附在三个捕获爪(31)的负刚度缓冲层上。 4.根据权利要求2所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的气 动双稳态驱动模块(2)的每个气囊驱动装置包括双稳态上臂支架(21)、 拉伸弹簧(22)、 双稳 态下臂支架(23)和驱动气囊(24)， 双稳态上臂支架(21)的一端铰接双稳态下臂支架(23)的 一端， 双稳态上臂支架(21)的另一端铰接在三爪执行模块(3)的驱动座的爪座(37)的其中 一个第一铰接结构上， 双稳态下臂支架(23)的另一端铰接在三爪执行模块(3)的驱动座的 活动套(34)的其中一个第二铰接结构上； 双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的另 一端分别连接拉伸弹簧(22)的两端， 拉伸弹簧(22)位于靠近滑杆(35)的一侧； 双稳态上臂 支架(21)的另一端侧面朝远离滑杆(35)的方向上设有第一固定板， 双稳态下臂支架(23)的 另一端侧面朝远离滑杆(35)的方向上设有第二固定板， 驱动 气囊(24)位于第一固定板和第 二固定板之间， 靠近第一固定板的第二固定板的一侧面上固定驱动气囊(24)的一端， 靠近 第二固定板的第一固定板的一侧面抵住驱动气囊(2 4)的另一端， 驱动气囊(24)连通外部气权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115503012 A 2泵。 5.根据权利要求4所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的拉 伸弹簧(22)连接双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的两个连接处之间的双稳态 上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的总长度大于 拉伸弹簧(22)的非拉伸状态的长度； 所 述的第一固定板和第二固定板之间的双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的总长 度大于未充气状态的驱动气囊(24)的长度并且小于充气状态的驱动气囊(24)的长度。 6.根据权利要求4所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的三 爪执行模块(3)的三个捕获爪(31)呈张开状态时， 活动套(34)靠近三爪执行模块(3)的底座 (33)， 双稳态上臂支架(21)和双稳态下臂支架(23)的铰接处位于靠近滑杆(35)的拉伸弹簧 (22)的一侧， 驱动 气囊(24)的另一端抵住第二固定板； 三爪执行模块(3)的三个捕获爪(31) 呈收紧状态时， 活动套(34)远离三爪执行模块(3)的底座(33)， 双稳态上臂支架(21)和双稳 态下臂支架(23)的铰接处位于远离滑杆(35)的拉伸弹簧(22)的一侧， 驱动气囊(24)的另一 端与第二固定 板分离并远离滑杆(3 5)。 7.根据权利要求4所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的气 动双稳态驱动模块(2)的每个气囊驱动装置还包括驱动绳(25)和驱动电机(26)， 驱动电机 (26)安装在第一固定板上， 驱动电机(26)中引出驱动绳(25)并连接至第二固定板； 驱动电 机(26)电连接 外部采集控制模块。 8.根据权利要求1所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的外 部采集控制 模块包括采集电路、 ADC模数转换模块和MCU控制单元， 采集电路电连接四个摩 擦电式非接触接近感知单元(1)， 采集电路的输出信号经ADC模数转换模块传输至MCU控制 单元， MCU控制单元电连接外部气泵和气动双稳态驱动模块(2)的每个气囊驱动装置的驱动 电机(26)。 9.根据权利要求1所述的一种仿博比特虫的快速响应捕 获机构， 其特征在于： 所述的捕 获机构的摩擦电式非接触接 近感知单 元， 具体采用以下制备 方法： 1)制备图案化掩 模版(14)； 2)将聚二甲基硅氧烷PDMS与固化剂以质量比为10： 1进行均匀混合， 然后按质量分数为 40wt％掺入聚四氟乙烯纳米颗粒PTFE， 混合均匀后制得P DMS混合液； 3)将制得的PDMS混合液均匀旋涂在玻璃片上， 在60～80℃下固化1～2小时制得柔性基 底层(11)； 4)将镓金属颗粒和铟金属颗粒分别加热融化， 然后将融化后的镓和铟按3： 1的质量比 均匀混合获得镓铟混合液， 按质量分数为5wt％掺入纳米颗粒SiO2， 最终制得液态金属原 液； 5)将图案化掩模版(14)覆盖在柔性基底层(11)的表面， 通过刮板(15)将液态金属原液 刮涂在图案化掩 模版(14)内并冷却固化， 固化后移除图案化掩 模版(14)， 制得电极层(12)； 6)将电极层(12)通过PDMS混合液进行封装， 在60～80℃下固化1～2小时， 最终制 得片 状的摩擦电式非接触接近感知单元(1)， 摩 擦电式非接触接近感知单元(1)的电极层(12)电 连接外部采集控制模块的采集电路。 10.根据权利要求1 ‑9任一所述的一种快速响应捕获机构的捕获方法， 其特征在于： 所 述的三爪执行模块(3)的三个捕获爪(31)呈张开状态的初始状态时， 当待捕获物体逐渐靠权　利　要　求　书 2/3 页