CN108481355A - 基于压力控制的可变形柔性手 - Google Patents

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Abstract

一种基于压力控制的可变形柔性手，属于外层空间碎片回收技术领域，解决了外层空间碎片难以清除的问题，它包含手掌和手指，手掌是固定手指的基座；每根手指包含至少两个指节和在每相邻两个指节之间设置的关节；每个指节包含一根中心充气管、多根外围充气管和外层蒙皮，中心充气管和外围充气管均沿手指的方向平行设置并且由外层蒙皮包裹，外围充气管围绕中心充气管设置，外围充气管与中心充气管及外层蒙皮粘接；每个关节包含充气波纹管和设置在充气波纹管轴心位置的柔性柱芯，充气波纹管内由弹性隔片分隔为两个轴向的腔室，两个腔室内的压力不同时便会产生弯曲，从而实现手指的弯曲，弹性隔片还将柔性柱芯与波纹管连接；本发明用于抓取空间碎片。

Description

基于压力控制的可变形柔性手
技术领域
本发明属于外层空间碎片回收技术领域，具体涉及一种基于压力控制的可变形柔性手。
背景技术
如今人们越来越积极地开发利用外层空间，同时产生了越来越多的空间碎片难以回收清除，因此研发本方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决外层空间碎片难以清除的问题，提供了一种基于压力控制的可变形柔性手，其技术方案如下：
一种基于压力控制的可变形柔性手，它包含手掌和手指，手掌是固定手指的基座，手掌与一根、两根或多根手指连接；每根手指包含至少两个指节和在每相邻两个指节之间设置的关节；每个指节包含一根中心充气管、多根外围充气管和外层蒙皮，中心充气管和外围充气管均沿手指的方向平行设置并且由外层蒙皮包裹，外围充气管外切且围绕中心充气管设置，外围充气管与中心充气管及外层蒙皮粘接；每个关节包含充气波纹管和设置在充气波纹管轴心位置的柔性柱芯，充气波纹管内由弹性隔片分隔为两个轴向的腔室，两个腔室内的压力不同时便会产生弯曲，从而实现手指的弯曲，弹性隔片还将柔性柱芯与波纹管连接；每根手指的全部弹性隔片平行设置，实现每根手指各关节的弯曲方向一致；在每根手指的端部均设置有半球形的指尖，在指尖上设置有防滑颗粒；
每根手指由两个活塞式充气控制器控制，每个活塞式充气控制器包含气缸和设置在气缸内的活塞，在气缸的两端均设置有气源连接端口，在气缸的一端还设置有排气端口，另一端还设置有控制端口，在气源连接端口和排气端口处均设置有电磁阀；每根手指的全部关节通过两根软管来连接，每根软管连接位于同一侧的腔室，两根软管均与一个活塞式充气控制器的控制端口连接，在两根软管与控制端口的连接处均设置有电磁阀，这两个电磁阀仅打开一个时便向一侧的腔室内充气，便实现关节弯曲，打开活塞式充气控制器的排气端口时气缸泄气，关节由弯曲变直，同时活塞移动，产生阻尼，降低变直的速度；每根手指的全部指节的全部中心充气管和全部外围充气管通过软管来与另一个活塞式充气控制器的控制端口连接，由另一个活塞式充气控制器控制指节充气展开，并通过调节气压控制指节的刚度，可以适应不同硬度物体的抓取。
本发明的有益效果为：重量轻，可折叠，方便运载；手指刚度可控，可以适应不同硬度物体的抓取。
附图说明：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是一根手指的结构示意图；
图3是指节的横截面示意图；
图4是关节的横截面示意图；
图5是关节的轴向截面示意图；
图6是活塞式充气控制器的结构示意图。
具体实施方式：
参照图1至图6，一种基于压力控制的可变形柔性手，它包含手掌1和手指2，手掌1是固定手指2的基座，手掌1与一根、两根或多根手指2连接；每根手指2包含至少两个指节2-1和在每相邻两个指节2-1之间设置的关节2-2；每个指节2-1包含一根中心充气管2-1-1、多根外围充气管2-1-2和外层蒙皮2-1-3，中心充气管2-1-1和外围充气管2-1-2均沿手指2的方向平行设置并且由外层蒙皮2-1-3包裹，外围充气管2-1-2外切且围绕中心充气管2-1-1设置，外围充气管2-1-2与中心充气管2-1-1及外层蒙皮2-1-3粘接；每个关节2-2包含充气波纹管2-2-1和设置在充气波纹管2-2-1轴心位置的柔性柱芯2-2-2，充气波纹管2-2-1内由弹性隔片2-2-3分隔为两个轴向的腔室，两个腔室内的压力不同时便会产生弯曲，从而实现手指2的弯曲，弹性隔片2-2-3还将柔性柱芯2-2-2与波纹管连接；每根手指2的全部弹性隔片2-2-3平行设置，实现每根手指2各关节2-2的弯曲方向一致；在每根手指2的端部均设置有半球形的指尖2-3，在指尖2-3上设置有防滑颗粒；
每根手指2由两个活塞式充气控制器3控制，每个活塞式充气控制器3包含气缸3-1和设置在气缸3-1内的活塞3-2，在气缸3-1的两端均设置有气源连接端口3-3，用于连接高压气瓶等气源，气源和活塞式充气控制器3等可以设置在手掌1内或载于飞行器上，在气缸3-1的一端还设置有排气端口3-4，另一端还设置有控制端口3-5，在气源连接端口3-3和排气端口3-4处均设置有电磁阀；每根手指2的全部关节2-2通过两根软管来连接，每根软管连接位于同一侧的腔室，两根软管均与一个活塞式充气控制器3的控制端口3-5连接，在两根软管与控制端口3-5的连接处均设置有电磁阀，这两个电磁阀仅打开一个时便向一侧的腔室内充气，便实现关节2-2弯曲，打开活塞式充气控制器3的排气端口3-4时气缸3-1泄气，关节2-2由弯曲变直，同时活塞3-2移动，产生阻尼，降低变直的速度；每根手指2的全部指节2-1的全部中心充气管2-1-1和全部外围充气管2-1-2通过软管来与另一个活塞式充气控制器3的控制端口3-5连接，由另一个活塞式充气控制器3控制指节2-1充气展开，并通过调节气压控制指节2-1的硬度，可以适应不同硬度物体的抓取。
具体实施例一：手掌1与一根手指2连接，手指2的关节2-2数量多一些，可以通过卷曲手指2进行抓取碎片。
具体实施例二：手掌1与两根手指2连接，两根手指2的弯曲方向相对，可以夹取碎片。
具体实施例三：手掌1与多根手指2连接，多根手指2向手心方向弯曲，手掌1为直角梯形，直角梯形的斜边上设置一根手指2来模拟人的拇指，可以真正模拟人手。
手掌1还与手腕4和手臂5依次连接，手腕4采用空气弹簧，能在抓取过程中起到缓冲作用，手臂5采用充气支撑臂，便于折叠运载。
优选的是，在手腕4与手掌1之间或手腕4与手臂5之间设置有自动旋转机构，如电机旋转机构等，使手掌1可以转动，增强适应能力。
优选的是，手臂5采用采用专利ZL2011101716852所公开的一种双Ω形碳纤维复合材料充气伸展臂。
指节2-1的中心充气管2-1-1和外围充气管2-1-2采用聚酰亚胺材料，外层蒙皮2-1-3采用硅橡胶材料。
关节2-2的充气波纹管2-2-1和柔性柱芯2-2-2采用硅橡胶材料，弹性隔片2-2-3采用芳纶纤维增强的硅橡胶材料；在柔性柱芯2-2-2的表面均匀分布圆周方向的裂缝，使柔性柱芯2-2-2更易弯曲；充气波纹管2-2-1采用M型的波纹，伸缩量较大，提高弯曲效果。
指尖2-3采用硅橡胶材料。
手指2与手掌1之间及指节2-1与关节2-2之间可以粘接，也可以通过法兰盘连接。

Claims (6)

1.一种基于压力控制的可变形柔性手，其特征在于它包含手掌(1)和手指(2)，手掌(1)是固定手指(2)的基座，手掌(1)与一根、两根或多根手指(2)连接；每根手指(2)包含至少两个指节(2-1)和在每相邻两个指节(2-1)之间设置的关节(2-2)；每个指节(2-1)包含一根中心充气管(2-1-1)、多根外围充气管(2-1-2)和外层蒙皮(2-1-3)，中心充气管(2-1-1)和外围充气管(2-1-2)均沿手指(2)的方向平行设置并且由外层蒙皮(2-1-3)包裹，外围充气管(2-1-2)外切且围绕中心充气管(2-1-1)设置，外围充气管(2-1-2)与中心充气管(2-1-1)及外层蒙皮(2-1-3)粘接；每个关节(2-2)包含充气波纹管(2-2-1)和设置在充气波纹管(2-2-1)轴心位置的柔性柱芯(2-2-2)，充气波纹管(2-2-1)内由弹性隔片(2-2-3)分隔为两个轴向的腔室，弹性隔片(2-2-3)还将柔性柱芯(2-2-2)与波纹管连接；每根手指(2)的全部弹性隔片(2-2-3)平行设置；在每根手指(2)的端部均设置有半球形的指尖(2-3)，在指尖(2-3)上设置有防滑颗粒；每根手指(2)由两个活塞式充气控制器(3)控制，每个活塞式充气控制器(3)包含气缸(3-1)和设置在气缸(3-1)内的活塞(3-2)，在气缸(3-1)的两端均设置有气源连接端口(3-3)，在气缸(3-1)的一端还设置有排气端口(3-4)，另一端还设置有控制端口(3-5)，在气源连接端口(3-3)和排气端口(3-4)处均设置有电磁阀；每根手指(2)的全部关节(2-2)通过两根软管来连接，每根软管连接位于同一侧的腔室，两根软管均与一个活塞式充气控制器(3)的控制端口(3-5)连接，在两根软管与控制端口(3-5)的连接处均设置有电磁阀；每根手指(2)的全部指节(2-1)的全部中心充气管(2-1-1)和全部外围充气管(2-1-2)通过软管来与另一个活塞式充气控制器(3)的控制端口(3-5)连接。
2.如权利要求1所述一种基于压力控制的可变形柔性手，其特征在于手掌(1)与多根手指(2)连接，多根手指(2)向手心方向弯曲，手掌(1)为直角梯形，直角梯形的斜边上设置一根手指(2)。
3.如权利要求1所述一种基于压力控制的可变形柔性手，其特征在于手掌(1)还与手腕(4)和手臂(5)依次连接，手腕(4)采用空气弹簧，手臂(5)采用充气支撑臂。
4.如权利要求1所述一种基于压力控制的可变形柔性手，其特征在于在手腕(4)与手掌(1)之间或手腕(4)与手臂(5)之间设置有自动旋转机构。
5.如权利要求1所述一种基于压力控制的可变形柔性手，其特征在于在柔性柱芯(2-2-2)的表面均匀分布圆周方向的裂缝。
6.如权利要求1所述一种基于压力控制的可变形柔性手，其特征在于充气波纹管(2-2-1)采用M型的波纹。
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