(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 202210515209.6 (22)申请日 2022.05.11 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510006 广东省广州市番禺区大 学城 外环西路10 0号 (72)发明人 项超群　云涛　彭俊杰　李靖　 孙志华　王淳锋　管贻生　朱海飞　 (74)专利代理 机构 深圳市创富知识产权代理有 限公司 4 4367 专利代理师 范伟民 (51)Int.Cl. B25J 9/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) B25J 15/12(2006.01) (54)发明名称 基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软 体操作臂 (57)摘要 本发明公开了基于跨模态触觉传感器与气 泡驱动器的软体操作臂， 包括跨模态触觉传感 器、 软体气动手指、 方形固定板、 三角形支撑板和 气泡驱动器。 本发明具有安全的人机交互性与无 限自由度， 提高了机械臂的运动能力； 同时搭载 具有跨膜态触觉感知的软体气动手指， 不仅能实 现自适应抓取， 同时可利用跨膜态触觉传感器， 实现多功能感知， 感知软体机械手是否接触物 体； 感知软体气动手指是否成功抓取物体， 且在 执行抓取物品及搬运过程中， 对物体抓取的稳定 性进行实时监测； 可感知抓取过程中的接触力， 并可精确控制输出的抓取力， 从而实现对物体的 安全抓取。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 114770490 A 2022.07.22 CN 114770490 A 1.基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 包括方形亚克力固定板(1)、 三 角形亚克力支撑板(2)和气泡 驱动器(3)， 其特征在于： 所述气泡 驱动器(3)设置在三角形亚 克力支撑板(2)相互之间， 气泡驱动器(3)相互之间均设置有弹簧(4)， 且弹簧(4)的两端与 三角形亚克力支撑板(2)相互靠近的一侧固定连接， 最顶部所述三角形亚克力支撑板(2)的 侧壁与方形亚克力固定板(1)的表面固定连接， 最底部所述三角形亚克力支撑板(2)的底部 表面通过螺钉固定安装有三个软体气动手指(5)， 且软体气动手指(5)的顶部均设置有气动 手指进气口(10)， 软体气动手指(5)相互靠近的一侧均设置有软体薄膜(6)， 软体 薄膜(6)相 互靠近的一侧均设置有多个等距离排列的软体薄膜 内部柱状突起物(11)， 且软体薄膜(6) 相互远离的一侧均设置有摄 像头模块(7)。 2.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述气泡驱动器(3)的顶部和底部 分别设置有气泡 驱动器出气口(9)和气泡驱动器进 气口(8)。 3.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述三条气泡驱动器(3)绕中心 等距分布在三角形亚克力支撑板(2)的三个顶 点的位 置， 且气泡驱动器(3)的气压调节不能过高， 否则会使气泡驱动器(3)失效。 4.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述 三条弹簧(4)分布在三角形亚克力支撑 板(2)边线中心的位置， 起到支撑作用。 5.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述三个软体气动手指(5)绕中心 等距分布在最底部所述三角形亚克力支撑板(2)的 底部三个顶点的位置 。 6.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述摄像头模块(7)连接机械臂的控制系统， 软体气动手指(5)上端的气动手指进气 口(10)连接气压调节装置， 气压调节装置控制气压大小从而 避免破坏被抓物体。 7.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述摄 像头模块(7)集成了照明装置， 在无外 部光源的情况 下也能够捕捉图像。 8.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述跨膜态触觉传感器系统包括摄像头模块(7)、 柱状突起物(11)、 白色圆形标记物 (18)和软体薄膜(6)， 所述摄像头模块(7)还包括有线缆(12)、 安装架(13)、 摄像头(14)、 灯 珠(15)、 亚克力片(16)、 透明凝胶(17)和白色圆形标记物(18)， 线缆(12)安装再安装架(13) 远离软体薄膜(6)的一侧， 摄像头(14)安装在安装架(13)的内腔中， 且亚克力片(16)、 灯珠 (15)和透明凝胶(17)均设置在安装架(13)的内腔中， 亚克力片(16)位于灯珠(15)和透明凝 胶(17)之间， 白色圆形标记物(18)设置在软体薄膜内部柱状突起物(11)远离软体薄膜(6) 的一端上。 9.根据权利要求1所述的基于跨模态触觉传感器与气泡驱动器的软体操作臂， 其特征 在于： 所述三条气泡驱动器(3)绕中心 等距分布在三角形亚克力支撑板(2)的三个顶 点的位 置， 起到驱动作用， 气泡驱动器(3)采用PE塑料膜作为主体材料， 利用通孔后的三角形亚克 力支撑板(2)将PE塑料膜分成很多个可伸缩的小气泡， 三条弹簧(4)分布在三角形亚克力支 撑板(2)边线中心的位置， 起到支撑作用， 通过对单条气泡驱动器(3)进行充放气可实现轴 向的伸缩， 而多条气泡驱动器(3)组成的驱动系统则可通过提供不同的进气速率使其弯曲权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114770490 A 2一定的角度， 从而实现机 械臂无限自由度的弯曲运动； 其次是搭载了跨膜态触觉传感器系统， 三个软体气动 手指(5)绕中心等距分布， 软体气 动手指指尖搭载跨膜态触觉传感器系统， 软体气动手指(5)通过气动手指进气口(10)连接 气压调节装置， 气 压调节装置控制气 压大小从而避免破坏 被抓物体， 软体薄膜(6)利用摄像 头模块(7)采集其中软体薄膜内部柱状突起物(11)的变形图像， 通过触觉模态到视觉模态 的变换， 感知软体气动手指(5)是否接触物体， 同时可感知是否成功 抓取物体与物体的掉落 与否， 在了解物体的质地后， 能够根据触觉传感器本身 形变量的多少来判断抓取力的大小， 从而调节输入软体气动手指的气压实现不同的抓取力度； 摄像头模块(7)本身集成了照明装置， 在无外部光源的情况下也能够捕捉图像， 软体薄 膜(6)的侧面设有 数个柱状突起， 摄像头模块(7)与控制系统连接， 在抓取物体时， 软体气动 手指指尖 上的软体薄膜(6)受到挤压， 导致软体 薄膜(6)发生形变带动其内部的柱状突起 发 生位移， 此时摄像头模块(7)拍摄到软体 薄膜内部柱状突起物(11)突起发生位移后的图像， 随后将该图像传输给控制系统， 控制系统利用图像处理的方法可获取接触力的大小以及物 体的几何信息 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114770490 A 3