CN109176570A - 人工卷绕纤维驱动的串并混联手指及手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，包括指节部、指联部；所述指节部与指联部相连接；所述指节部包括第一指节(7)、第二指节(8)以及第三指节(9)；沿指联部至指节部方向所述第一指节(7)、第二指节(8)以及第三指节(9)依次连接。本发明提供的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指采用人工卷绕纤维进行驱动，纤维本身既是活动部件，又是驱动部件，大大减轻了整个机构的重量。本发明提供的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指采用软体材料与刚性材料相结合的方式，对抓捕物体具有良好的形状适应性及具有相对于电机驱动不易损坏、易于控制的特点。

Description

人工卷绕纤维驱动的串并混联手指及手

技术领域

本发明涉及机器人手指领域，具体地，涉及人工卷绕纤维驱动的串并混联手指及手，尤其涉及一种人工卷绕纤维驱动的串并混联手指及灵巧手。

背景技术

灵巧手可以实现高效、灵活、精确的抓捕作业，可以弥补传统机器人末端执行器不能应对复杂抓取工况的不足，而传统的灵巧手多采用舵机安装在指关节上驱动关节运动，或者由舵机拉动连接在关节上的绳索以驱动关节运动，或者由气动肌肉拉动绳索以驱动关节运动，或者由气缸拉动连接在手指关节上的绳索以驱动指关节运动。舵机安装在手指上的灵巧手多为刚性接触，对表面脆弱的物体抓捕效果不好。而由舵机、气缸等拉动绳索，从而驱动手指关节的灵巧手虽然对目标抓取物体表面具有一定的形状适应能力，但是其结构复杂、重量大、控制困难。有机高分子纤维受热时，径向长度膨胀而轴向收缩，利用加热的方式使纤维发生收缩，可以作为灵巧手的驱动来源。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种人工卷绕纤维驱动的串并混联手指及手。

根据本发明提供的一种人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，包括指节部、指联部；

所述指节部与指联部相连接；

所述指节部包括第一指节、第二指节以及第三指节；

沿指联部至指节部方向所述第一指节、第二指节以及第三指节依次连接。

优选地，所述指联部包括动平台；

所述指节部，还包括虎克绞；

所述第一指节的一端与第二指节相连接；

所述动平台上设置有通孔；

所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，还包括静平台；

所述第一指节的另一端经通孔、虎克绞与静平台相连接。

优选地，所述指联部，还包括压缩弹簧；

所述压缩弹簧缠绕在第一指节的外部；

所述压缩弹簧的一端与第一指节的凸台相连接；

所述压缩弹簧的另一端与动平台相连接。

优选地，所述指联部，还包括卷绕纤维；

所述卷绕纤维设置在动平台与静平台之间。

优选地，所述虎克绞的轴线与静平台的中心重合；

所述第一指节、第二指节以及第三指节这三者内为中空；

所述卷绕纤维的数量为多个；

在所述动平台与静平台之间、在第一指节、第二指节以及第三指节内均设置有卷绕纤维。

优选地，所述第一指节、第二指节以及第三指节之间通过转动副R相连接；

所述转动副R设置有弹簧。

优选地，所述动平台与第一指节之间滑动连接；

当所述卷绕纤维通电时，根据不同电压，卷绕纤维的长度缩短或拉长，所述卷绕纤维带动动平台移动，所述动平台进而带动第一指节沿预设角度旋转；当卷绕纤维收缩时，第三指节与第二指节之间的转动副R均沿预设角度发生旋转，同时，带动第二指节与第一指节之间的转动副R沿预设角度发生旋转。

本发明还提供了一种人工卷绕纤维驱动的手，包括上述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指、基座；

所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指的数量为多个；

多个所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指设置在基座上。

优选地，所述基座沿中心设置有多个端部；

所述多个端部的端点构成三角形的三个顶点；

多个所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指分别设置在顶点处。

优选地，所述基座呈手形；

手指为所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指采用人工卷绕纤维进行驱动，纤维本身既是活动部件，又是驱动部件，大大减轻了整个机构的重量。

2、本发明提供的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指采用软体材料与刚性材料相结合的方式，对抓捕物体具有良好的形状适应性及具有相对于电机驱动不易损坏、易于控制的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指的结构示意图。

图2为本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的一种实施例。

图3为本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的一种实施例的俯视图。

图4为本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的另一种实施例。

图5为本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的另一种实施例的俯视图。

图6为本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的另外一种实施例的结构示意图。

图7为本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的另外一种实施例的正视图。

图8为本发明提供的本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的另一种实施例的结构示意图。

图9为本发明提供的本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手的另一种实施例的正视图。

下表为说明书附图中的各个附图标记的含义：

基座1	第二指节8
		静平台2	第三指节9
卷绕纤维3	拇指旋转关节10
		压缩弹簧4	第一手指部11
动平台5	第二手指部12
		虎克绞6	第三手指部13
第一指节7	第四手指部14
			第五手指部15

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的一种人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，包括指节部、指联部；所述指节部与指联部相连接；所述指节部包括第一指节7、第二指节8以及第三指节9；沿指联部至指节部方向所述第一指节7、第二指节8以及第三指节9依次连接。

所述指联部包括动平台5；所述指节部，还包括虎克绞6；所述第一指节7的一端与第二指节8相连接；所述动平台5上设置有通孔；所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，还包括静平台2；所述第一指节7的另一端经通孔、虎克绞6与静平台2相连接。

所述指联部，还包括压缩弹簧4；所述压缩弹簧4缠绕在第一指节7的外部；所述压缩弹簧4的一端与第一指节7的凸台相连接；所述压缩弹簧4的另一端与动平台5相连接。

所述指联部，还包括卷绕纤维3；所述卷绕纤维3设置在动平台5与静平台2之间。

所述虎克绞6的轴线与静平台2的中心重合；所述第一指节7、第二指节8以及第三指节9这三者内为中空；所述卷绕纤维3的数量为多个；在所述动平台5与静平台2之间、在第一指节7、第二指节8以及第三指节9内均设置有卷绕纤维3；具体地说，第一指节7、第二指节8以及第三指节9这三者均为中空；因此，所述卷绕纤维3设置在这三者的中空空间内；进而当卷绕纤维3发生形变时，换句话说卷绕纤维3收缩或者伸展时，可以带动第一指节7、第二指节8以及第三指节9进行相应角度的旋转，从而实现不同目地的动作。

如图1所示，所述第一指节7、第二指节8以及第三指节9之间通过转动副R相连接；所述转动副R设置有弹簧。

所述动平台5与第一指节7之间滑动连接；当所述卷绕纤维3通电时，根据不同电压，卷绕纤维3的长度缩短或伸展，所述卷绕纤维3带动动平台5移动，所述动平台5进而带动第一指节7沿预设角度旋转；当卷绕纤维3收缩时，第三指节9与第二指节8之间的转动副R均沿预设角度发生旋转，同时，带动第二指节8与第一指节7之间的转动副R沿预设角度发生旋转。

本发明还提供了一种人工卷绕纤维驱动的手，包括上述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指、基座1；所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指的数量为多个；多个所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指设置在基座1上。

所述基座1沿中心设置有多个端部；所述多个端部的端点构成三角形的三个顶点；多个所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指分别设置在顶点处。

所述基座1呈手形；手指为所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指。

需要说明的是，本发明使用的序数形容词“第一”、“第二”及“第三”等用来描述共同的对象，仅表示指代相同对象的不同实例，而并不是要暗示这样描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其它方式。

下面针对本发明提供的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指及手进行进一步说明：

如图1至图9所示，本发明提供的人工卷绕纤维驱动的手具有多种优选例。下面对各个优选例进行进一步说明：

如图2、图3所示，优选地，基座1为三角形，更具体地说，所述基座1沿中心设置有多个端部；本发明提供的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指(以下简称为手指)的数量为三根；三根手指分别设置在三个端部的端点上。手指中的静平台2在基座1沿周向呈120°均匀分布，虎克绞6的轴线交于静平台2的中心，从而使得第一指节7可以绕轴线摆动，每根手指具有相同的工作空间。并联部分，即指联部的动平台5与指节部的第一指节7之间滑动连接，第一指节7穿过动平台5中间的孔，压缩弹簧4一端固定于第一指节7的凸台，即凸起部分，所述压缩弹簧4的另一端固定在动平台5上，当人工肌肉，即卷绕纤维3拉动动平台5时，动平台5会给予压缩弹簧4一定大小的力，使压缩弹簧4收缩；而压缩弹簧4的下端，即上述所述的压缩弹簧4的一端，仍然固定于第一指节7上凸出的部分，即凸台。第一指节7穿过压缩弹簧4，第一指节7与静平台2之间通过虎克绞6连接。卷绕纤维3的一端设置在静平台2上，卷绕纤维3的另一端设置在动平台5上，优选地三根卷绕纤维3均匀分布在动平台5与静平台2之间，呈120°排布。当对卷绕纤维3通电时，卷绕纤维3的长度缩短，动平台5相对于静平台2的位姿发生改变，第一指节7被动平台5拖动旋转一定角度，或者说旋转预设角度。根据施加在三根卷绕纤维3上的不同电压，卷绕纤维3的收缩程度不同，动平台5的位姿可以连续变化，进而拖动第一指节7的姿态发生变化。

串联部分，即指节部中的第一指节7、第二指节8、第三指节9，这三者的每个指节内部为中空，允许卷绕纤维3及导线通过。第一指节7与第二指节8之间通过转动副R连接，第二指节8与第三指节9之间通过转动副R连接，转动副R处安装有扭簧使各指节呈一定角度。控制三个指节之间相对旋转的卷绕纤维3的一端设置在第三指节9上，卷绕纤维3通过第三指节9、第二指节8、第一指节7的中空部分，卷绕纤维3的另一端设置在第一指节7靠近虎克绞6的位置。当卷绕纤维3收缩时，第三指节9绕其与第二指节8的转动副R发生旋转，同时，带动第二指节8绕其与第一指节7的转动副R发生旋转运动。通过对卷绕纤维3施加不同大小的电压，第二指节8、第三指节9旋转过的角度不同，可以控制手指开合程度，以适应不同形状、大小的抓捕目标。所述转动副R又叫做旋转副。具体地说，卷绕纤维3与转动副R之间有接触。优选地，转动副R的连接部，这里优选地为销钉外套有滑轮，在人工肌肉，即卷绕纤维3收缩时，会在转动副R的滑轮上滑动。指节部内的人工肌肉一端固定在第一指节7上，另一端固定在第三指节9上，期间，会与两个转动副R上的滑轮接触。卷绕纤维3收缩导致其总长度变短，进而迫使转动副R转动一定角度。

优选地，如图4、图5所示，本发明提供的手指的数量也可以为两个；所述基座1在此优选例中呈一字型，手指分别设置在一字型的两个端点，即基座1的两个端点上。

优选地，如图6、图7所示，本发明提供的手指数量为四个；所述基座1上设置有凹槽，设置在凹槽内的手指，如图6所示，本发明提供的手指为第一手指部11设置在凹槽内；为了增加手指的活动范围，所述第一手指部11的底部设置有拇指旋转关节10。本发明提供的手指，即其他的三个手指，分别为第二手指部12、第三手指部13，以及第四手指部14呈预设角度均匀分布在基座1的一侧；所述第四手指部14的中心与第一手指部11中心在一条直线上，呈180°。

如图8、图9所示，本发明提供的手指为第一手指部11、第二手指部12、第三手指部13、第四手指部14以及第五手指部15，呈人手型；所述第二手指部12、第三手指部13、第四手指部14以及第五手指部15均设置在基座1的一侧；所述第一手指部11设置在基座1的另一侧；所述基座1的一侧与基座1的另一侧呈90°。所述基座1上设置有凹槽，凹槽内设置有第一手指部11；为了增加手指的活动范围，所述第一手指部11的底部设置有拇指旋转关节10。

本发明提供的手指还可以呈太阳形状，换句话说基座1为圆形，手指沿基座1的圆周均匀分布。上述所述的本发明提供的手指及基座1的分布仅为本发明的多种优选例，本发明中没有提到的结构也均在本发明的保护范围内。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，其特征在于，包括指节部、指联部；

所述指节部与指联部相连接；

所述指节部包括第一指节(7)、第二指节(8)以及第三指节(9)；

沿指联部至指节部方向所述第一指节(7)、第二指节(8)以及第三指节(9)依次连接。

2.根据权利要求1所述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，其特征在于，所述指联部包括动平台(5)；

所述指节部，还包括虎克绞(6)；

所述第一指节(7)的一端与第二指节(8)相连接；

所述动平台(5)上设置有通孔；

所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，还包括静平台(2)；

所述第一指节(7)的另一端经通孔、虎克绞(6)与静平台(2)相连接。

3.根据权利要求2所述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，其特征在于，所述指联部，还包括压缩弹簧(4)；

所述压缩弹簧(4)缠绕在第一指节(7)的外部；

所述压缩弹簧(4)的一端与第一指节(7)的凸台相连接；

所述压缩弹簧(4)的另一端与动平台(5)相连接。

4.根据权利要求2所述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，其特征在于，所述指联部，还包括卷绕纤维(3)；

所述卷绕纤维(3)设置在动平台(5)与静平台(2)之间。

5.根据权利要求4所述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，其特征在于，所述虎克绞(6)的轴线与静平台(2)的中心重合；

所述第一指节(7)、第二指节(8)以及第三指节(9)这三者内为中空；

所述卷绕纤维(3)的数量为多个；

在所述动平台(5)与静平台(2)之间、在第一指节(7)、第二指节(8)以及第三指节(9)内均设置有卷绕纤维(3)。

6.根据权利要求1所述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，其特征在于，所述第一指节(7)、第二指节(8)以及第三指节(9)之间通过转动副R相连接；

所述转动副R设置有弹簧。

7.根据权利要求5所述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指，其特征在于，所述动平台(5)与第一指节(7)之间滑动连接；

当所述卷绕纤维(3)通电时，根据不同电压，卷绕纤维(3)的长度缩短或拉长，所述卷绕纤维(3)带动动平台(5)移动，所述动平台(5)进而带动第一指节(7)沿预设角度旋转；当卷绕纤维(3)收缩时，第三指节(9)与第二指节(8)之间的转动副R均沿预设角度发生旋转，同时，带动第二指节(8)与第一指节(7)之间的转动副R沿预设角度发生旋转。

8.一种人工卷绕纤维驱动的手，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的人工卷绕纤维驱动的串并混联手指、基座(1)；

所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指的数量为多个；

多个所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指设置在基座(1)上。

9.根据权利要求8所述的人工卷绕纤维驱动的手，其特征在于，所述基座(1)沿中心设置有多个端部；

所述多个端部的端点构成三角形的三个顶点；

多个所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指分别设置在顶点处。

10.根据权利要求8所述的人工卷绕纤维驱动的手，其特征在于，所述基座(1)呈手形；

手指为所述人工卷绕纤维驱动的串并混联手指。