CN110076811A - 一种刚柔耦合的接触力感应软体手指 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，在手指本体中设置柔性材质的手指内层和手指外层，在手指外层的指面侧设置3个指套，限制手指本体充气时的弯曲形成指关节效果，从而实现软体手指的刚柔耦合；在指面侧的手指内层和手指外层之间设置用于限制拉伸的限制层，并在限制层和指背侧的手指内层表面缠绕纤维增强线，并在第三指套处设置用于检测压力大小的柔性压力传感器，为抓取时进行接触力感应提供了硬件基础。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种刚柔耦合的接触力感应软体手指。
背景技术
随着技术的快速发展，机器手在工业生产中的应用越来越广泛。机械手指作为机器手最基本的零部件，其抓取功能的好坏对机器手的工作质量有着直接的影响。传统的机械手指为金属材料制成的刚性机械手指，采用旋转电机驱动关节旋转完成动作，但是刚性机械手指的结构复杂，而且金属材质无法弯曲，难以抓取形状不规则的物品，因此在抓取易碎品或者形状不规则的物品时，通常采用软体手指取代刚需机械手指。现有的软体手指通常采用硅胶材料浇注而成，虽然能够根据物体的形状发生形变，实现对物体的包裹，但是现有的软体手指通常为一个连续的充气腔体，无法控制抓取力，灵活性和对人手的仿生程度较低。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，提高弯曲的灵活性和仿生程度，提升软体手指的抓取性能和准确度。
根据本发明的第一方面，提供一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，包括手指本体，所述手指本体包括指面侧和指背侧，所述手指本体由内至外依次包括充气腔、手指内层和手指外层，所述手指内层和手指外层为软体层；靠近所述指面侧的手指内层和手指外层之间还包括用于限制拉伸的限制层，所述限制层和靠近所述指背侧的手指内层表面等距离缠绕有用于弯曲时拉扯限制层的纤维增强线；所述手指外层的表面由下至上等距离设置有第一指套、第二指套和第三指套，所述第一指套、第二指套和第三指套之间形成在充气状态下弯向指面侧的指关节，所述第三指套中还包括用于检测压力大小的柔性压力传感器。
本发明提供的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指至少具有以下有益效果：在手指本体中一次设置充气腔、手指内层和手指外层，且手指内层和手指外层为软体层，实现了充气至充气腔后手指本体实现膨胀，并且在靠近指面侧的手指内层表面设置了用于限制拉伸的限制层，限制层由于进行拉伸形变的幅度较小，实现手指本体朝向指面侧弯曲，通过纤维增强线将手指内层进行分段，进一步细化了发生弯曲形变的行程，使得弯曲效果更好，灵活性更高；同时设置多个指套行程指关节，使得手指弯曲时仿生程度更高；由于弯曲后第三指套位于最低侧用于搬运，因此在第三指套处设置柔性压力传感器，为实现压力检测提供了硬件基础。
进一步，所述手指本体的根部还设置有用于将手指本体安装至工作台的固定部。
进一步，所述手指本体的根部还包括与所述充气腔相连通的充气的气管。
进一步，所述柔性压力传感器还包括用于与外部设备相连接的引线，所述引线设置于所述第一指套和第二指套的内侧。
进一步，所述柔性压力传感器表面覆盖有硅胶垫。
进一步，所述第三指套、硅胶垫和柔性压力传感器依次设置于所述手指本体的指尖处。
进一步，所述纤维增强线之间的间距为3mm。
进一步，所述第一指套、第二指套和第三指套为形状各不相同的硬质指套。
进一步，所述手指内层和手指外层的填充物为硅胶。
进一步，所述限制层的长度大于或等于所述充气腔。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1为本发明实施例一种刚柔耦合的接触力感应软体手指的主视图；
图2为本发明实施例一种刚柔耦合的接触力感应软体手指的左视剖面图；
图3为本发明实施例图2中A部分放大示意图；
图4为本发明实施例一种刚柔耦合的接触力感应软体手指的第三指套结构示意图；
图5为本发明实施例一种刚柔耦合的接触力感应软体手指的搞硅胶垫示意图；
图6为本发明实施例一种刚柔耦合的接触力感应软体手指的柔性压力传感器结构示意图；
图7为本发明实施例一种刚柔耦合的接触力感应软体手指的限制层结构示意图；
图8为本发明实施例一种刚柔耦合的接触力感应软体手指的工作状态示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐合指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图8，一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，包括手指本体10，所述手指本体10包括指面侧11和指背侧12，所述手指本体10由内至外依次包括充气腔360、手指内层330和手指外层340，所述手指内层330和手指外层340为软体层；靠近所述指面侧11的手指内层330和手指外层340之间还包括用于限制拉伸的限制层320，所述限制层320和靠近所述指背侧12的手指内层330表面等距离缠绕有用于弯曲时拉扯限制层320的纤维增强线350；所述手指外层340的表面由下至上等距离设置有第一指套120、第二指套130和第三指套140，所述第一指套120、第二指套130和第三指套140之间形成在充气状态下弯向指面侧11的指关节160，所述第三指套140中还包括用于检测压力大小的柔性压力传感器310。
需要说明的是，如图1-图2所示，所述手指本体10可以是任意形状，例如方形或者圆形，本实施例优选为圆柱形，更接近于手指的形状，且充气时各方形的受理较为均匀。需要说明是的，手指外层340和手指内层330为厚度均匀的软体层，以确保充气膨胀时的受力均匀。需要说明是的，3个指套之间设置的距离可以是任意距离，等距离设置仅为本实施例的优选情况，设置指套能够在充气时对手指本体10进行限制，有指套的部分限制弯曲，仿生人类手指关节的效果，其充气时的效果如图8所示，第三指套140用于搬运货物400，实现抓取，若出于对不同弯曲角度的需求，可以根据实际生产需求调整指套之间的距离。需要说明的是，如图6所示，柔性压力传感器310为市面上常见的柔性压力传感器，具体电路结构不再赘述，能够设置于第三指套140并检测出第三指套140上所施加的压力即可。需要说明的是，如图2和图3所示，本实施例中的限制层320仅设置于指面侧11，因此限制层320的形状优选为半圆柱面，能够实现限制指面侧11拉伸从而达到弯曲效果即可，也可以根据实际需要的弯曲效果调整限制层320的尺寸。需要说明的是，如图2和图3所示，由于限制层320为半圆柱面，因此纤维增强线350在指面侧11处缠绕于限制层320表面，在指背侧12处缠绕于手指内层330表面，通过设置多条纤维增强线350，能够使得手指本体弯曲时在纤维增强线350的拉扯作用下分成多个弯曲段，使得手指本体10的弯曲效果更加细化和精准。
参考图1和图8，在本发明的另一个实施例中，所述手指本体10的根部还设置有用于将手指本体10安装至工作台的固定部110。
需要说明的是，固定部110可以是平面，也可以是包裹手指本体10根部的套体，能够实现将手指本体10固定在桌面等固定装置上即可，本实施例优选为套体，有利于手指本体10通过各种方式固定在不同的固定装置中。可以理解的是，固定部110可以设置于手指本体10的任意部位，本实施例优选为设置在根部，由于手指本体10在充气后通过指尖的第三指套140抓取物品，因此本实施例优选将固定部110设置在根部，能够最大化利用手指本体10的弯曲。
参考图1和图2，在本发明的另一个实施例中，所述手指本体10的根部还包括与所述充气腔360相连通的充气的气管210。
需要说明的是，出于对气管210的稳定性和气密性需求，本实施例优选在气管210与充气腔360之间设置气密组件220，用于将加固气管210与充气腔360的连接强度，避免气管210在高气压状态下脱离充气腔，气密组件220为常见的密封结构，例如带充气管的T型卡扣等，能够实现将气管210固定在充气腔360中即可，在此不再赘述。
参考图1和图6，在本发明的另一个实施例中，所述柔性压力传感器310还包括用于与外部设备相连接的引线，所述引线设置于所述第一指套120和第二指套130的内侧。
需要说明的是，柔性压力传感器310可以是无线传感器，也可以是有线传感器，本实施例优选为有线传感器，传输数据更加准确快速，便于实际控制。需要说明的是，柔性压力传感器310的引线可以布置在任意位置，本实施例优选布置在指套内侧，柔性压力传感器310的传感器部分设置于第三指套140内侧，其引线设置在手指外层340的表面能够简化结构，同时设置在第一指套120和第二指套130的内侧能够与指套形成高度差，避免抓取物品时压坏引线。
参考图5，在本发明的另一个实施例中，所述柔性压力传感器310表面覆盖有硅胶垫150。
需要说明的是，所述硅胶垫l50可以是任意形状，本实施例优选与第三指套140的正面开窗形状相同即可，能够时第三指套140上的受力均匀分布至柔性压力传感器310中，提高压力检测的准确性。
参考图4，在本发明的另一个实施例中，所述第三指套140、硅胶垫150和柔性压力传感器310依次设置于所述手指本体10的指尖处。
需要说明的是，第三指套140可以设置在任意位置，本实施例优选设置在指尖位置，能够更充分利用手指本体10的弯曲实现抓取。优选地，第三指套140的形状优选为仿真人类手指指尖形，能够更好地实现嵌套。
在本发明的另一个实施例中，所述纤维增强线350之间的间距为3mm。
需要说明的是，3mm为本实施例的优选，出于对弯曲情况的需求，还可以设置为任意间距。
在本发明的另一个实施例中，所述第一指套120、第二指套130和第三指套140为形状各不相同的硬质指套。
需要说明的是，指套采用硬质材料，能够使得手指本体10在充气时，指套限制弯曲实现关节160的仿生效果，因此指套的形状和设置位置确定了3个指套的形状不同是出于实现不同角度弯曲的需求，也可以设置为相同形状，具体以实际生产的需求调整即可。
在本发明的另一个实施例中，所述手指内层330和手指外层340的填充物为硅胶。
需要说明的是，硅胶作为柔性材料中较好的选择，仅为本实施例的优选情况，出于实际生产的要求也可以更换成其他材质的填充物。
参考图2和图7，在本发明的另一个实施例中，所述限制层320的长度大于或等于所述充气腔360。
需要说明的是，限制层320的主视图如图7所示，限制层320可以是任意不易发生形变的柔性材料，由于限制层320要对整个手指本体10的弯曲进行限制，因此限制层320的长度需要与手指本体10相一致，充气腔360的长度可以与手指本体10相同，也可以小于手指本体10，本实施例优选小于手指本体10，由于手指内层330和手指外层340为软体层，具有一定的弹性，且本实施例中指尖部分套有第三指套140，因此充气腔360的长度小于手指本体10，能够避免充气气压较大时第三指套140脱落。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，包括手指本体，所述手指本体包括指面侧和指背侧，其特征在于：所述手指本体由内至外依次包括充气腔、手指内层和手指外层，所述手指内层和手指外层为软体层；
靠近所述指面侧的手指内层和手指外层之间还包括用于限制拉伸的限制层，所述限制层和靠近所述指背侧的手指内层表面等距离缠绕有用于弯曲时拉扯限制层的纤维增强线；
所述手指外层的表面由下至上等距离设置有第一指套、第二指套和第三指套，所述第一指套、第二指套和第三指套之间形成在充气状态下弯向指面侧的指关节，所述第三指套中还包括用于检测压力大小的柔性压力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述手指本体的根部还设置有用于将手指本体安装至工作台的固定部。
3.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述手指本体的根部还包括与所述充气腔相连通的充气的气管。
4.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述柔性压力传感器还包括用于与外部设备相连接的引线，所述引线设置于所述第一指套和第二指套的内侧。
5.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述柔性压力传感器表面覆盖有硅胶垫。
6.根据权利要求5所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述第三指套、硅胶垫和柔性压力传感器依次设置于所述手指本体的指尖处。
7.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述纤维增强线之间的间距为3mm。
8.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述第一指套、第二指套和第三指套为形状各不相同的指套。
9.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述手指内层和手指外层的填充物为硅胶。
10.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合的接触力感应软体手指，其特征在于：所述限制层的长度大于或等于所述充气腔。
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