CN107378980A - 一种新型柔性手指 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型柔性手指，包括手指底板和手指指面，所述手指指面连接于手指底板的一侧板面上，所述手指底板的弹性模量大于手指指面的弹性模量，所述手指指面包括指尖段、指节段和指跟段，所述指节段包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述波峰和波谷依次相连构成了波浪形结构，所述指节段和手指底板共同围成了驱动腔室，所述指节段和指跟段之间设置有过渡凹槽，所述指跟段内设置有与驱动腔室连通的膨胀连通腔室，所述手指底板或指跟段上设置有与膨胀连通腔室相连通的通气口，当所述通气口设置于手指底板上时，通气口的位置与指跟段位置对应。该柔性手指的结构更加合理，安装更加方便。

Description

一种新型柔性手指
技术领域
本发明涉及一种柔性手指，尤其涉及一种带腔室的柔性手指，通过正压或负压改变柔性手指的变形。
背景技术
在工业自动化领域，机械臂末端抓取动作主要由刚性机械手爪或真空吸盘完成。但刚性机械手爪，由于力度难以控制，很难对柔软、脆弱物体实现无损抓取。真空吸盘在搬运过程中难以适应表面粗糙、开孔的异形物体。这导致两者应用场景均存在局限性。
柔性机械手指采用弹性材料，能够实现对柔软、脆弱物体的抓取而不会对物体本身产生损伤。目前的柔性手指包括指尖、指节，指节的尾部设置为锥形的进气嘴，锥形进气嘴设置有法兰沿结构，这种结构存在以下缺点：
1.柔性手指因为柔性材料本身强度限制，使用寿命和耐压强度受到局限。
2.由于目前的柔性手指的尾部为锥形的进气嘴，需要专门的固定座夹住进气嘴的法兰沿，这样柔性机械手的安装比较复杂，并且柔性手指的布置形式受到限制，无法紧密排列而抓取体积较小的物品。
3.由于进气嘴为锥形，进气嘴和指节之间连接部位为一个收口颈部，在柔性手指的使用过程中，由于收口颈部存在，使柔性手指在变形的过程中会产生较大幅度的晃动，这样导致该柔性手指无法适应快速抓取。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型柔性手指，该柔性手指的结构更加合理，安装更加方便。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种新型柔性手指，包括手指底板和手指指面，所述手指指面连接于手指底板的一侧板面上，所述手指底板的弹性模量大于手指指面的弹性模量，所述手指指面包括指尖段、指节段和指跟段，所述指节段包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述波峰和波谷依次相连构成了波浪形结构，所述指节段和手指底板共同围成了驱动腔室，所述指节段和指跟段之间设置有过渡凹槽，所述指跟段内设置有与驱动腔室连通的膨胀连通腔室，所述手指底板或指跟段上设置有与膨胀连通腔室相连通的通气口，当所述通气口设置于手指底板上时，通气口的位置与指跟段位置对应。
作为一种优选的方案，所述过渡凹槽包括靠近指跟段的后方凹槽壁和靠近指尖段的前方凹槽壁，所述后方凹槽壁的壁厚比前方凹槽壁的壁厚厚，所述后方凹槽壁构成了所述膨胀连通腔室的室壁。
作为一种优选的方案，所述膨胀连通腔室包括膨胀变形腔室和连通腔室，所述膨胀变形腔室的位置靠近指节段，所述连通腔室的位置远离指节段，所述膨胀变形腔室的形状与指节段的波峰围成的腔室形状相仿，所述通气口与所述连通腔室连通。
作为一种优选的方案，所述指节段的波谷的谷底处内嵌有增强片。
作为一种优选的方案，所述驱动腔室包括由指节段和手指底板之间的间隙构成的主通道和由指节段自身围成的分腔室，所述主通道内设置有至少一组加强筋片，该至少一组加强筋片将主通道分隔成至少两个分通道，所述分通道均与分腔室连通，每组加强筋片包括与指节段的波谷数量相等的筋片本体，该筋片本体一一对应连接于指节段的波谷的谷底和手指底板之间。
作为一种优选的方案，所述加强筋片为两组，对应的，所述分通道的数量为三条。
作为一种优选的方案，所述过渡凹槽的槽底内嵌有增强片。
作为一种优选的方案，所述指跟段的形状为长方体状或者半球状。
作为一种优选的方案，所述手指底板的另一侧板面上设置有增大摩擦力的粗糙结构。
采用了上述技术方案后，本发明的效果是：由于所述指节段和手指底板共同围成了驱动腔室，所述指节段和指跟段之间设置有过渡凹槽，所述指跟段内设置有与驱动腔室连通的膨胀连通腔室，该柔性手指在安装时只需要将通气口套在连接接头上，然后利用罩壳扣盖在指跟上并使其侧壁处于过渡凹槽内，这样固定非常方便，安装简单，同时，膨胀连通腔室在充气时也会膨胀，这样使罩壳和整个指跟的接触更加贴合，柔性手指的密封性更好，另外，手指底板是延伸至整个柔性手指的长度，那么柔性手指固定后，由于手指底板的弹性模量大，因此，柔性手指晃动小，更合适快速抓取，抓取的动作更加准确可靠。
又由于所述过渡凹槽包括靠近指跟段的后方凹槽壁和靠近指尖段的前方凹槽壁，所述后方凹槽壁的壁厚比前方凹槽壁的壁厚厚，所述后方凹槽壁构成了所述膨胀连通腔室的室壁，这样进一步增加了后方凹槽壁的强度，变形的难度增加，进而使柔性手指变形时的晃动进一步减小。
又由于所述膨胀连通腔室包括膨胀变形腔室和连通腔室，所述膨胀变形腔室的位置靠近指节段，所述连通腔室的位置远离指节段，所述膨胀变形腔室的形状与指节段的波峰围成的腔室形状相仿，所述通气口与所述连通腔室连通，该膨胀连通腔室结构合理，使柔性手指在成型的过程中可以根据需要选择通气口的位置，减少成型模具的数量。
又由于所述指节段的波谷的谷底处内嵌有增强片，该增强片可以增强手指的耐压强度，延长了柔性手指的使用寿命。
又由于所述驱动腔室包括由指节段和手指底板之间的间隙构成的主通道和由指节段自身围成的分腔室，所述主通道内设置有至少一组加强筋片，该至少一组加强筋片将主通道分隔成至少两个分通道，所述分通道均与分腔室连通，每组加强筋片包括与指节段的波谷数量相等的筋片本体，该筋片本体一一对应连接于指节段的波谷的谷底和手指底板之间，同样，该加强筋片可极大的提高了柔性手指在耐压强度，极大的提高了使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1的立体图；
图2是本发明实施例1的另一角度的立体图；
图3是实施例1的俯视图；
图4是图3在A-A处的剖视图；
图5是图3在B-B处的剖视图；
图6是实施例1中柔性手指安装时的剖视图；
图7是实施例2的柔性手指的剖视图；
附图中：100.柔性手指；1.手指指面；11.指跟段；12.指节段；121. 波峰；122.波谷；13.指尖段；14.过渡凹槽；141.后方凹槽壁；142.前方凹槽壁；15.筋片本体；16.驱动腔室；161.分腔室；162.主通道；1621. 分通道；17.膨胀连通腔室；171.膨胀变形腔室；172.连通腔室；18.增强片；2.手指底板；21.球面凸起；22.通气口；200.罩壳；300.安装基体； 400.进出气接头。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1至图6所示，一种新型柔性手指100，包括手指底板2和手指指面1，所述手指指面1连接于手指底板2的一侧板面上，所述手指底板2的弹性模量大于手指指面1的弹性模量，其中，弹性模量的不同可以采用不同的弹性模量的材料实现，也可以采用其他的物理方式实现，例如，手指底板2和手指指面1的材料相同，只是在手指底板2内嵌入弹性模量大的材料，从而改变了手指底板2的整体的弹性模量。柔性手指100一般采用弹性材料或合成纤维材料制成，如橡胶材质。
如图1、图2、图4和图6所示，所述手指指面1包括指尖段13、指节段12和指跟段11，所述指节段12包括至少一个波峰121和至少一个波谷122，所述波峰121和波谷122依次相连构成了波浪形结构，波峰121和波谷122的数量根据实际的抓取要求进行选择和设计，波峰121 波谷122的数量决定了柔性手指100的长度。波峰121和波谷122的形状可以为多种形状，例如可以为V字形，或者为拱门形或者为矩形。所述指跟段11的形状为长方体状或者半球状，而作为长方体形状方便成型，制作难度低。而所述手指底板2的另一侧板面上设置有增大摩擦力的粗糙结构。该粗糙结构可以增加柔性手指100抓取时的摩擦力，例如可以是球面凸起21或者为波形凸起。
所述指节段12和手指底板2共同围成了驱动腔室16，所述指节段 12和指跟段11之间设置有过渡凹槽14，所述指跟段11内设置有与驱动腔室16连通的膨胀连通腔室172，所述手指底板2或指跟段11上设置有与膨胀连通腔室172相连通的通气口22，当所述通气口22设置于手指底板2上时，通气口22的位置与指跟段11位置对应。
本实施例中，通气口22是设置于手指底板2上，且与指跟段11的位置对应，当然，通气口22还可以设置在指跟段11上，例如设置在指跟段11的尾部或者指跟段11的顶部。
如图4所示，所述过渡凹槽14包括靠近指跟段11的后方凹槽壁141 和靠近指尖段13的前方凹槽壁142，所述后方凹槽壁141的壁厚比前方凹槽壁142的壁厚厚，优选的，所述后方凹槽壁141的壁厚为前方凹槽壁142的壁厚的1.5倍，所述后方凹槽壁141构成了所述膨胀连通腔室 172的室壁。而指节段12的波峰121包括峰顶和位置峰顶两侧的波峰 121侧壁，所述波谷122包括谷底和位于谷底两侧的波谷122侧壁，波峰121侧壁和波谷122侧壁之间相连接。而前方凹槽壁142的壁厚和指节的所有的波峰121侧壁和波谷122侧壁的厚度相等，并且前方凹槽壁 142是作为指节段12尾部的波峰121侧壁。
如图4所示，所述膨胀连通腔室172包括膨胀变形腔室171和连通腔室172，所述膨胀变形腔室171的位置靠近指节段12，所述连通腔室 172的位置远离指节段12，所述膨胀变形腔室171的形状与指节段12 的波峰121围成的腔室形状相仿，所述通气口22与所述连通腔室172 连通。这种膨胀连通腔室172的结构，可以在对柔性手指100进行成型时选择通气口22的位置。
本实施例中，如图4和图5所示，所述驱动腔室16包括由指节段 12和手指底板2之间的间隙构成的主通道162和由指节段12自身围成的分腔室161，所述主通道162内设置有至少一组加强筋片，该至少一组加强筋片将主通道162分隔成至少两个分通道1621，加强筋片将主通道162在宽度方向上均分，使各分通道1621气流更加均匀，避免柔性手指100弯曲或张开时发生偏移变形。所述分通道1621均与分腔室161 连通，每组加强筋片包括与指节段12的波谷122数量相等的筋片本体 15，该筋片本体15一一对应连接于指节段12的波谷122的谷底和手指底板2之间。本实施例中，所述加强筋片为两组，对应的，所述分通道 1621的数量为三条。
实施例2
如图7所示，本实施例与实施例1中的结构基本相同，所述指节段12的波谷122的谷底处内嵌有增强片18。同样，所述过渡凹槽14的槽底内嵌有增强片18。该增强片18为纤维片，当然，该增强片18和实施例1中的加强筋片可以同时存在，使其使用寿命更长。
本发明的工作原理是：如图6所示，首先将柔性手指100固定于安装基体300上，图6中，安装基体300上安装了标准的进出气接头400，而柔性手指100的通气口22套在进出气接头400上，然后将罩壳200 口罩在柔性手指100的指跟段11上，罩扣的侧壁处于过渡凹槽14内，罩扣和安装基体300之间固定。柔性手指100成对布置，通过控制柔性手指100的驱动空腔内气压的高低，柔性手指100在内部压力增大时手指指面1的膨胀变形量大于手指底板2的变形量，进而产生向手指底部的弯曲，从而完成抓取动作。柔性手指100内部负压时产生向手指指面 1的弯曲，完成对抓取目标的释放动作。本柔性手指100可采用气体作为驱动介质，也可以采用液体作为驱动介质。
以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型柔性手指，包括手指底板(2)和手指指面(1)，所述手指指面(1)连接于手指底板(2)的一侧板面上，其特征在于：所述手指底板(2)的弹性模量大于手指指面(1)的弹性模量，所述手指指面(1)包括指尖段(13)、指节段(12)和指跟段(11)，所述指节段(12)包括至少一个波峰(121)和至少一个波谷(122)，所述波峰(121)和波谷(122)依次相连构成了波浪形结构，所述指节段(12)和手指底板(2)共同围成了驱动腔室(16)，所述指节段(12)和指跟段(11)之间设置有过渡凹槽(14)，所述指跟段(11)内设置有与驱动腔室(16)连通的膨胀连通腔室(172)，所述手指底板(2)或指跟段(11)上设置有与膨胀连通腔室(172)相连通的通气口(22)，当所述通气口(22)设置于手指底板(2)上时，通气口(22)的位置与指跟段(11)位置对应。
2.如权利要求1所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述过渡凹槽(14)包括靠近指跟段(11)的后方凹槽壁(141)和靠近指尖段(13)的前方凹槽壁(142)，所述后方凹槽壁(141)的壁厚比前方凹槽壁(142)的壁厚厚，所述后方凹槽壁(141)构成了所述膨胀连通腔室(172)的室壁。
3.如权利要求1所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述膨胀连通腔室(172)包括膨胀变形腔室(171)和连通腔室(172)，所述膨胀变形腔室(171)的位置靠近指节段(12)，所述连通腔室(172)的位置远离指节段(12)，所述膨胀变形腔室(171)的形状与指节段(12)的波峰(121)围成的腔室形状相仿，所述通气口(22)与所述连通腔室(172)连通。
4.如权利要求1所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述指节段(12)的波谷(122)的谷底处内嵌有增强片(18)。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述驱动腔室(16)包括由指节段(12)和手指底板(2)之间的间隙构成的主通道(162)和由指节段(12)自身围成的分腔室(161)，所述主通道(162)内设置有至少一组加强筋片，该至少一组加强筋片将主通道(162)分隔成至少两个分通道(1621)，所述分通道(1621)均与分腔室(161)连通，每组加强筋片包括与指节段(12)的波谷(122)数量相等的筋片本体(15)，该筋片本体(15)一一对应连接于指节段(12)的波谷(122)的谷底和手指底板(2)之间。
6.如权利要求5所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述加强筋片为两组，对应的，所述分通道(1621)的数量为三条。
7.如权利要求5所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述过渡凹槽(14)的槽底内嵌有增强片(18)。
8.如权利要求5所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述指跟段(11)的形状为长方体状或者半球状。
9.如权利要求5所述的一种新型柔性手指，其特征在于：所述手指底板(2)的另一侧板面上设置有增大摩擦力的粗糙结构。
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