本發明涉及軟體靈巧手，具體而言，尤其涉及一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手及其使用方法。

背景技術：

1、海洋是人類生命的起源，以其豐富的水體資源、礦產資源和生物資源支撐人類的可持續發展。隨著科技不斷發展，人們對海洋資源的探索逐漸轉向深海，深海探測是現階段人類實現可持續發展的戰略途徑和重要手段。

2、機械手對于海洋勘探、海底資源開發、海底遺跡探測等具有重要的意義傳統剛性機械手由硬質材料制備而成，雖然控制精度高，但是柔順性差、安全系數低，適應性低不易在非結構化環境中工作，難以適用于如水下生物，海底植物，古物質等柔軟或者易破損物體的抓取。

3、相較而言，軟體靈巧手由柔性材料制成，具有連續變形能力，有著較好的柔順性和環境適應性，并且涉及的電子原件較少因此水下密封要求更低；近幾十年來，軟體靈巧手技術得到了迅速發展，彌補了傳統剛性機械手的諸多缺點，水下作業領域具有很大的應用潛能。

4、水下軟體靈巧手通常使用柔性材料注模制成，雖然具有較好的順應性但是其負載能力較弱，變剛度能夠極大的增強其負載能力，軟體靈巧手的變剛度通常使用顆粒干擾、層干擾、纖維干擾或特殊材料實現，通過施加負壓、改變溫度，光照等條件實現，單一方法存在變剛度能力有限、響應時間較慢等問題，變剛度部分往往作為單一構建會對軟體靈巧手變形造成一定影響。

5、在靈巧手進行抓取任務時，其變形狀態監測往往影響著抓取成功率以及抓取效率等，而水下環境作為非結構化環境，對于靈巧手狀態往往難以監測，傳統的電子傳感器在水下作業時其密封性是一個較大的挑戰，而諸如壓電式、壓阻式柔性傳感器利用材料的特性實現傳感功能，但這些傳感器往往需要配置外設電源，并且在深海使用時會受到較大的靜水壓力影響，使得其超出測量或感應范圍，影響其工作性能。所以，一種可實時監測的水下可變剛度軟靈指和靈巧手及方法是有意義的。

技術實現思路

1、根據上述提出的技術問題，提供一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手。本發明軟體靈巧手在保證柔順性的同時更好的增大了負載能力，其變形及變剛度功能均通過一個動力源實現，且彎曲自反饋單元無需供電實現彎曲角度自驅動監測。

2、本發明采用的技術手段如下：

3、一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手，包括：軟體靈指、彎曲自反饋單元和靈巧手掌，其中：

4、所述軟體靈指，包括：折紙骨架，驅動蒙皮，變剛度單元和驅動通道，其中：

5、折紙骨架通過折疊柔性薄片形成折紙骨架端部和多個折紙骨架關節；且每個折紙骨架關節均設置有長邊側和短邊側；

6、驅動蒙皮將折紙骨架以及變剛度單元完全包裹密封，且末端開設有一端口；

7、變剛度單元包括多個單一變剛度單元，且每個變剛度單元的結構相同，多個變剛度單元平行斜放于折紙骨架下方的空隙中；每個變剛度單元均包括變剛度蒙皮、孔隙以及顆粒，孔隙開設在變剛度蒙皮上，且孔隙的直徑小于顆粒的直徑，變剛度蒙皮內填滿顆粒，并將顆粒完全包裹；

8、驅動通道的一端連接驅動蒙皮連接末端開設的端口，另一端連接驅動裝置，實現對軟體靈指的驅動；驅動裝置通過驅動通道抽取軟體靈指內部空間中的液體，使得驅動蒙皮向折紙骨架關節凹陷，并對折紙骨架產生拉力，使軟體靈指向一側產生彎曲變形；

9、所述彎曲自反饋極片，包括：電極貼片、驅動蒙皮鍍金層、掃描電路及上位機，其中：

10、電極貼片設置多個，且均平行固定于折紙骨架關節的長邊側，并與填充液體直接接觸；

11、驅動蒙皮鍍金層為在驅動蒙皮的內表面進行鍍金；

12、掃描電路和上位機通過導線與電極貼片連接，用于實時接收電極貼片采集到的電流信號，進而監測軟體靈指實時的變形狀態；

13、所述靈巧手掌，仿人體手掌構造，與若干靈指連接器相連，通過靈指連接器實現與軟體靈指的整體裝配；靈巧手掌的表面固定有電極貼片，通過判斷電極貼片與物體接觸產生的電流信號來判斷靈巧手是否與物體接觸。

14、進一步地，所述軟體靈指在彎曲過程中，驅動蒙皮向下凹陷，隨著彎曲角度的增大凹陷深度增大，進而與折紙骨架關節的長邊側的接觸面積也隨之增大。在軟體靈指彎曲變形過程中，感應貼片與電極貼片逐個接觸，電極貼片的表面由固-液界面變為固-固界面，變換過程中產生電流信號，實現軟體靈指的變形狀態監測。

15、進一步地，所述軟體靈指用于靈指彎曲變形，軟體靈指的內部填充滿液體，當抽出內部的液體時，軟體靈指受到負壓產生彎曲運動。

16、進一步地，當所述驅動裝置通過驅動通道抽取軟體靈指內部空間中的液體時，對軟體靈指內部產生負壓，由于變剛度蒙皮表面含有孔隙，在負壓作用下變剛度蒙皮擠壓內部的填充顆粒，顆粒之間相互擠壓實現顆粒干擾變剛度，當受到外力作用時顯著增大摩擦力，進而增大軟體靈指的剛度。

17、進一步地，當軟體靈指內部產生負壓時，多個平行斜放的變剛度單元之間相互擠壓，在受到外力作用時顯著增大摩擦力實現層干擾變剛度，與顆粒干擾變剛度同時作用，進一步增大軟體靈指的剛度；

18、進一步地，當軟體靈指內部產生負壓時，使軟體靈指產生彎曲，實現混合干擾變剛度增大負載能力，隨著負壓的增大，軟體靈指的彎曲角度增大，軟體靈指的剛度增大。

19、進一步地，所述電極貼片選用導體材料或半導體材料。

20、本發明還提供了一種基于所述彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手的使用方法，包括：

21、s1、軟體靈巧手深入水下靠近物體，電極貼片與水直接接觸，在電極表面會自發產生雙電層；

22、s2、靈巧手掌靠近被抓取物體，固定于表面的電極貼片與物體接觸，固-液界面接觸面積發生改變，固-液界面產生的雙電層發生動態變化，產生電流信號，確定靠近物體；

23、s3、待監測到靠近物體后，軟體靈指開始工作，貼附于折紙骨架上的電極貼片產生電流信號；

24、s4、當軟體靈指不再產生電流信號時，表明軟體靈巧手實現對被抓取物體的抓取，抬起軟體靈巧手完成整個抓取過程。

25、較現有技術相比，本發明具有以下優點：

26、1、本發明提供的一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手，能夠在水下非結構化環境中通過本體感知實時檢測靈指的變形狀態。

27、2、本發明提供的一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手，通過混合變剛度的方式，能夠有效增大軟體靈指負載能力，并且僅需要一個驅動源即可實現軟體靈指的變形和變剛度，有效降低水下系統裝置數量。

28、3、本發明提供的一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手，其軟體靈指使用液體驅動，能夠較好的平衡深海靜水壓強。

29、4、本發明提供的一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手，其無需外部供電，系統功耗低，并且能適應深海靜水壓強。

30、5、本發明提供的一種彎曲角度自反饋水下可變剛度軟體靈巧手，使用于水下非結構化環境，操作簡單，抓取過程簡便。

31、基于上述理由本發明可在軟體靈巧手等領域廣泛推廣。