CN108638100A - 一种柔性仿人机械手指 - Google Patents

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安敏·骆
邓豪
唐晓强
张兆坤
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated

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Abstract

一种柔性仿人机械手指，包括本体和附体，本体由多个指关节和多个指杆组成，指关节和指杆在长度方向上交替间隔布置；本体的指关节内部设置有类梳子形或类弓字形的连续的封闭气腔以及与外部驱动气源连通的通气口；所述本体的指杆部分设置气囊，高压气体通过单向通气阀预先冲入气囊中；所述附体内部设置不可延展的层状物质；工作时，驱动气源通过通气口对本体内部的封闭气腔进行充气或放气，从而实现本体在附体限制下的弯曲和伸展运动；本发明通过间隔设置指关节和指杆，并预先往指杆的气囊里充入高压气体使指杆部分刚化，可以从很大程度上模拟人的手指运动，能够适应不同形状不同大小物体的快速抓取。

Description

一种柔性仿人机械手指
技术领域
本发明涉及一种柔性机械手指，具体涉及一种气体驱动的柔性机械手指。
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。柔性机械手包括柔性手指和固定座。柔性手指采用弹性材料，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。
现有技术中，如“一种气动的软体抓持装置”(CN104959992B)和“一种柔性机械手”(CN107322620A)等专利文献，“软体机器人研究综述”(何斌，同济大学学报，2014)等所公开的，柔性手指的外部形状及内部气腔均呈类梳子状设置，这种设置方式导致柔性手指变形速度较慢，且变形较大时容易在变形过程中产生较大幅度的晃动，抓取刚度也不足，不能有效的模拟人的手指运动。
发明内容
为了实现上述目的，达到从更大程度上模拟人的手指运动，本发明采用的技术方案是：
一种柔性仿人机械手指，包括本体和附体，所述本体采用软体材料制成，所述本体由多个指关节和多个指杆组成，指关节和指杆在长度方向上交替间隔布置；所述本体的指关节内部设置有类梳子形连续的封闭气腔以及与外部驱动气源连通的通气口；所述本体的指杆部分设置气囊，高压气体通过单向通气阀预先冲入气囊中；所述附体采用软体材料制成，制作附体时在其内部设置不可延展的层状物质；所述附体和本体的底面固接在一起；工作时，驱动气源通过通气口对本体内部的封闭气腔进行充气或放气，从而实现本体在附体限制下的弯曲和伸展运动。
作为本发明的改进，所述本体结构包括第一指关节，第一指杆，第二指关节，第二指杆，第三指关节，第三指杆；在外部驱动气源往封闭气腔充入气体前，第一指杆、第二指杆和第三指杆的三处气囊被预先充入高压气体，从而保持一定的刚度。
一种柔性仿人机械手指，包括本体和附体，所述本体采用软体材料制成，所述本体由多个指关节和多个指杆组成，指关节和指杆在长度方向上交替间隔布置；所述本体的指关节内部设置有类弓字形连续的封闭气腔以及与外部驱动气源连通的通气口；所述本体的指杆部分设置气囊，高压气体通过单向通气阀预先冲入气囊中；所述附体采用软体材料制成，制作附体时在其内部设置不可延展的层状物质；所述附体和本体的底面固接在一起；工作时，驱动气源通过通气口对本体内部的封闭气腔进行充气或放气，从而实现本体在附体限制下的弯曲和伸展运动。
作为本发明的改进，所述本体结构包括第一指关节，第一指杆，第二指关节，第二指杆；在外部驱动气源往封闭气腔充入气体前，第一指杆、第二指杆的气囊被预先充入高压气体，从而保持一定的刚度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过间隔设置指关节和指杆，并预先往指杆的气囊里充入高压气体使指杆部分刚化，可以从很大程度上模拟人的手指运动，能够适应不同形状不同大小物体的快速抓取。本实施例的软体机械手具有良好的适应性、灵活性，可以实现抓、握、夹等复杂灵活的拟人动作，在航空航天、医疗等领域应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明一种柔性仿人机械手指结构示意图。
图2为本发明另一种柔性仿人机械手指结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种柔性仿人机械手指，包括本体1和附体2，所述本体1采用软体材料制成，所述本体1由多个指关节和多个指杆组成，指关节和指杆在长度方向上交替间隔布置；所述本体1的指关节内部设置有类梳子形连续的封闭气腔11以及与外部驱动气源连通的通气口111；所述本体1的指杆部分设置气囊10，高压气体通过单向通气阀101预先冲入气囊10中；预先的意思是指在外部驱动气源往封闭气腔11冲入气体前。所述附体2采用软体材料制成，制作附体2时在其内部设置不可延展的层状物质21；所述附体2和本体1的底面固接在一起；工作时，驱动气源通过通气口111对本体1内部的封闭气腔11进行充气或放气，从而实现本体1在附体2限制下的弯曲和伸展运动。本发明通过驱动气源提供的压缩气体向软体机械手中的气路通道进行充气或吸气，从而实现气动软体机械手向外或者向内弯曲变形，达到抓持或者拾取物体的目的。
人类的手有三个关节，作为本发明的具体实施例，本实施例模仿人的手指结构设计。如图1所示，所述本体1结构包括第一指关节12，第一指杆13，第二指关节14，第二指杆15，第三指关节16，第三指杆17；在外部驱动气源往封闭气腔11充入气体前，第一指杆13、第二指杆15和第三指杆17的三处气囊被预先充入高压气体，从而保持一定的刚度。实际工作中，各处气囊里高压气体的压力可相同或不同、各气囊10可同步或不同步，具体根据工况调节，以更加适应被抓取工件的形状。
本发明通过间隔设置指关节和指杆，并预先往指杆的气囊里充入高压气体使指杆部分刚化，可以从很大程度上模拟人的手指运动，能够适应不同形状不同大小物体的快速抓取。
如图2所示，一种柔性仿人机械手指，包括本体1和附体2，所述本体1采用软体材料制成，所述本体1由多个指关节和多个指杆组成，指关节和指杆在长度方向上交替间隔布置；所述本体1的指关节内部设置有类弓字形连续的封闭气腔11以及与外部驱动气源连通的通气口111；所述本体1的指杆部分设置气囊10，高压气体通过单向通气阀101预先冲入气囊10中；所述附体2采用软体材料制成，制作附体2时在其内部设置不可延展的层状物质21；所述附体2和本体1的底面固接在一起；工作时，驱动气源通过通气口111对本体1内部的封闭气腔11进行充气或放气，从而实现本体1在附体2限制下的弯曲和伸展运动。
如图2所示，所述本体1结构包括第一指关节12，第一指杆13，第二指关节14，第二指杆15；在外部驱动气源往封闭气腔11充入气体前，第一指杆13、第二指杆15的气囊被预先充入高压气体，从而保持一定的刚度。
另外，本发明图1中示意了模仿人手指的结构，有三个指关节和指杆，指关节相当于可以弯曲的“绞”，指杆相当于刚性的“连杆”。图2示意了两个指关节和指杆的情况。实际中，可以根据需要设计指关节和指杆的数目和布局情况，比如一个指关节和一个指杆，两个指关节和两个指杆，四个指关节和四个指杆等情况，显然，这些方案都在本发明的保护范围之内。
本实施例的软体机械手具有良好的适应性、灵活性，可以实现抓、握、夹等复杂灵活的拟人动作，在航空航天、医疗等领域应用前景广阔。
上述实施例均以气体作为驱动介质，当然也可以采用液体作为驱动介质。以上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 (4)

1.一种柔性仿人机械手指，其特征在于：包括本体(1)和附体(2)，所述本体(1)采用软体材料制成，所述本体(1)由多个指关节和多个指杆组成，指关节和指杆在长度方向上交替间隔布置；
所述本体(1)的指关节内部设置有类梳子形连续的封闭气腔(11)以及与外部驱动气源连通的通气口(111)；所述本体(1)的指杆部分设置气囊(10)，高压气体通过单向通气阀(101)预先冲入气囊(10)中；
所述附体(2)采用软体材料制成，制作附体(2)时在其内部设置不可延展的层状物质(21)；所述附体(2)和本体(1)的底面固接在一起；
工作时，驱动气源通过通气口(111)对本体(1)内部的封闭气腔(11)进行充气或放气，从而实现本体(1)在附体(2)限制下的弯曲和伸展运动。
2.如权利要求1所述的一种柔性仿人机械手指，其特征在于，其中所述本体(1)结构包括第一指关节(12)，第一指杆(13)，第二指关节(14)，第二指杆(15)，第三指关节(16)，第三指杆(17)；在外部驱动气源往封闭气腔(11)充入气体前，第一指杆(13)、第二指杆(15)和第三指杆(17)的三处气囊被预先充入高压气体，从而保持一定的刚度。
3.一种柔性仿人机械手指，其特征在于：包括本体(1)和附体(2)，所述本体(1)采用软体材料制成，所述本体(1)由多个指关节和多个指杆组成，指关节和指杆在长度方向上交替间隔布置；
所述本体(1)的指关节内部设置有类弓字形连续的封闭气腔(11)以及与外部驱动气源连通的通气口(111)；所述本体(1)的指杆部分设置气囊(10)，高压气体通过单向通气阀(101)预先冲入气囊(10)中；
所述附体(2)采用软体材料制成，制作附体(2)时在其内部设置不可延展的层状物质(21)；所述附体(2)和本体(1)的底面固接在一起；
工作时，驱动气源通过通气口(111)对本体(1)内部的封闭气腔(11)进行充气或放气，从而实现本体(1)在附体(2)限制下的弯曲和伸展运动。
4.如权利要求3所述的一种柔性仿人机械手指，其特征在于，其中所述本体(1)结构包括第一指关节(12)，第一指杆(13)，第二指关节(14)，第二指杆(15)；在外部驱动气源往封闭气腔(11)充入气体前，第一指杆(13)、第二指杆(15)的气囊被预先充入高压气体，从而保持一定的刚度。
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