CN110696024B - 一种新型柔性手指 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种新型柔性手指，包括用于进气的接口、与接口连接的多个指节、与指节一一对应的气囊、联通所述多个气囊与接口的双气路通道、连接两个相邻指节的节间，特别地，垂直于所述双气路通道方向的气囊第一剖面轮廓下部区域为矩形，上部区域为圆拱形；平行于所述指腹平面的气囊第二剖面轮廓由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度。

Description

一种新型柔性手指

技术领域

本发明涉及柔性手指领域，具体而言，涉及一种柔性手指的结构。

背景技术

目前利用硅橡胶等弹性材料制作而成的软体作动单元、执行器，是利用内外压差实现变形和作动的，一般使用流体(例如，气体)作为驱动介质，改变软体作动单元的内部压力，实现压差驱动。

作为软体作动单元或执行器的一种实例，柔性手指在工商业中有很多应用场景，柔性手指通常包括用于进气的接口、与接口连接的多个指节、与指节一一对应的气囊、连通所述多个气囊与接口的双气路通道和连接两个相邻指节的节间。

然而，现有的柔性手指结构的气囊结构在施加气压时，结构内部应力分布不均匀，存在局部应力集中情况，使得柔性手指的使用寿命不长。且每个气囊膨胀的效果转化成柔性手指整体的弯曲变形的转换效率不高。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例提供一种新型柔性手指。

本发明实施例提供一种新型柔性手指，包括用于进气的接口、与接口连接的多个指节、与指节一一对应的气囊、联通所述多个气囊与接口的双气路通道、连接两个相邻指节的节间，具体地，垂直于所述双气路通道方向的气囊第一剖面轮廓下部区域为矩形，上部区域为圆拱形；平行于所述指腹平面的气囊第二剖面轮廓由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度。

进一步地，垂直于所述气囊第一剖面和所述气囊第二剖面的气囊第三剖面轮廓下部区域为矩形，上部区域逐渐收拢，上部区域的顶部具有一定宽度。

进一步地，所述两段轮廓弧线和两段连接弧线中的两个或多个弧线位于同一个椭圆上。

进一步地，所述第一剖面轮廓的下部区域和/或所述第三剖面轮廓下部区域的矩形的两个直角处采用圆角，使所述两个直角处具有一定的弧度。

进一步地，所述用于进气的接口在与第一指节连接处的高度不小于所述第一指节高度的2/3。

进一步地，所述于进气的接口沿所述双气路通道的方向的高度逐渐收缩。

进一步地，平行于所述指腹平面且高于所述节间位置截取的指节剖面的内侧为气囊轮廓，外侧为指节轮廓，其特征在于：所述气囊轮廓包括由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度；所述指节轮廓包括由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度；所述气囊轮廓中四个弧线中的至少一段弧线的曲率小于指节轮廓中的对应弧线。

进一步地，所述节间的高度不小于所述节间左右两侧的两个指节中任意一个指节的高度的1/2。

与现有技术相比，本发明实施例提供的新型柔性手指的气囊、接口及节间的结构进行了改进，使得柔性手指能够适用于长时间工作于高气压下，延长了柔性手指的寿命。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术提供的一种柔性手指的气囊结构示意图；

图2为现有技术提供的一种柔性手指的气囊结构的一个剖面示意图；

图3为根据本申请的一些实施例所示的气囊的剖面结构示意图；

图4为现有技术提供的一种接口结构示意图；

图5为根据本申请的一些实施例所示的接口结构示意图；

图6为根据本申请的一些实施例所示的平行于所述指腹平面且高于所述节间位置截取的指节剖面示意图；

图7为根据本申请的一些实施例所示的节间结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为现有技术提供的一种柔性手指的气囊结构示意图。如图1所示，示出了所述气囊结构的三个剖面。其中，垂直于所述双气路通道的剖面示意图(左视剖面图)(第一剖面)中，所述顶部与所述侧壁的连接处为一个夹角(图中圆圈所示)，尽管所示夹角大于90度，但在充气时，夹角处的气压值相比于其他位置处较大，在使用过程中，该位置可能易于破损。同样地，在平行于柔性手指的指腹平面(底面)的剖面示意图(俯视剖面图)(第二剖面)，以及垂直于前述两个剖面的第三剖面中，均采用两条直线相连接的方式形成尖角。这种结构在气囊膨胀变形时，在侧峰和正峰(如图1中圆圈中所述的夹角)会产生较大的应力集中，导致柔性手指中高压集中的位置容易破损，使用寿命降低。

图2为现有技术提供的一种柔性手指的气囊结构的一个剖面示意图。对应图1中的第三剖面。如图2所示的两种气囊剖面，一个上部为尖锐的夹角，一个为上下宽度一致的矩形结构。图2中所示的两种气囊第三剖面结构均会在夹角或矩形90度边界处形成大的应力，如果柔性手指经常工作在高压情形下，会影响所述柔性手指的使用寿命。

图3为根据本申请的一些实施例所示的气囊的剖面结构示意图。通常柔性手指包括：用于进气的接口、与接口连接的多个指节、与指节一一对应的气囊、联通所述多个气囊与接口的双气路通道、连接两个相邻指节的节间。

图3上图为垂直于所述双气路通道方向的气囊第一剖面轮廓，所述第一剖面轮廓的下部区域为矩形，上部区域为圆拱形。值得说明的是，所述第一剖面仅为示意，其他非必要部件未示出(例如，气道)。

图3中图为平行于所述指腹平面的气囊第二剖面轮廓，所述第二剖面轮廓由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度(如图3所示)。具体地，所述两段连接弧线任一处的曲率远大于所述两段轮廓弧线任一处的曲率。在一些实施例中，所述两段连接弧线的曲率相等，所述两段轮廓弧线的曲率相等。特别地，所述两段轮廓弧线和两段连接弧线属于同一个椭圆。更特别地，所述两段轮廓弧线和两段连接弧线恰好组成一个椭圆。

值得说明的是，所述指腹平面特指处于平面状态的指腹一侧的平面，在充气或者某些其他状态下，所述指腹部不为平面状态。

图3下图为垂直于所述气囊第一剖面和所述气囊第二剖面的气囊第三剖面轮廓，如图3所示，所述第三剖面轮廓下部区域为矩形，上部区域逐渐收拢，上部区域的顶部具有一定的宽度。更进一步地，所述顶部为具有一定曲率的曲线。

如图3下图所示，所述第一剖面轮廓的下部区域和/或所述第三剖面轮廓下部区域的矩形的两个直角处采用圆角，使所述两个直角处具有一定的弧度。这种设计使得气囊内部压力分布更均匀。

值得说明的是，上述几个结构上的改进可以以任意一个或多个的方式组合使用。

图4为一种现有的接口结构示意图。如图4所示，所述接口与第一指节的连接处的高度h较小。在某些场景下，当充入的气体较多，内部气压较大时，所述接口会比较“软”，即，接口会向下弯折。这种弯折是非必要的。在一些极端情况下，如果h很小，则在接口弯折的同时，进气口截面积或通量或传输效率会变小，影响充放气速度。

图5为根据本申请的一些实施例所示的接口结构示意图。其中，用于进气的接口在与第一指节连接处的高度不小于所述第一指节高度的2/3。

由于所述第一指节的侧视图上部可能是不平的(例如，圆拱形)，所述第一指节高度是指最高位置的高度。高度的增加使得接口结构更稳定，不易变形，且接口截面积相应变大，提高了充放气速度。

进一步地，为使所述新型柔性手指在同等充气量的情况下，获得更大的弯曲或抓紧力，对另一剖面进行了设计。如图6所示，为一种平行于所述指腹平面且高于所述节间位置截取的指节剖面示意图。如图6所示，所述指节剖面内侧为气囊轮廓，外侧为指节轮廓。如前文图3中图所述，所述气囊轮廓包括由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度。进一步地，当所述截面截取高度超过所述节间高度时，所述指节轮廓具有与气囊轮廓类似的结构。具体地，所述指节轮廓包括由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度。所述具体的设计为，所述气囊轮廓中四个弧线中的至少一段弧线的曲率小于指节轮廓中的对应弧线。所述对应弧线是指，类型相同的弧线(气囊轮廓的轮廓弧线和指节轮廓的轮廓弧线)，或者位置相对应的弧线(气囊轮廓的左侧轮廓弧线和指节轮廓的左侧轮廓弧线)。例如图6中所示，所述气囊轮廓的两段轮廓弧线的曲率大于指节轮廓的两段轮廓弧线的曲率。

以上设计均为了提供更大的抓取力，进一步地，当充气较多时，为使所述柔性手指提供更强的抓取力，并同时提高指节间的稳定性和柔性手指的使用寿命，需要加强所述指节间的连接。图7为根据本申请的一些实施例所示的节间结构示意图。如图7所示，连接两个相邻指节的节间的高度设定为不小于该节间左右两侧的两个指节中任意一个指节的高度的1/2。

本申请设计了一种气囊结构，使得内部压力分布更均匀，提供更强的抓取力，延长了使用寿命，使得所述指节及内部气囊耐高压。进一步地，本申请设计了一种接口结构和节间结构，使得本申请中的柔性手指在高压情况下使用时能够更稳定，连接强度更强，提供更高的抓紧力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (8)

1.一种新型柔性手指，包括用于进气的接口、与接口连接的多个指节、与指节一一对应的气囊、联通所述多个气囊与接口的双气路通道、连接两个相邻指节的节间，其特征在于：

垂直于所述双气路通道方向的气囊第一剖面轮廓下部区域为矩形，上部区域为圆拱形；所述第一剖面轮廓的下部区域的矩形的两个直角处采用圆角，使所述两个直角处具有一定的弧度；

平行于指腹平面的气囊第二剖面轮廓由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度；

垂直于所述气囊第一剖面和所述气囊第二剖面的气囊第三剖面轮廓下部区域为矩形，上部区域逐渐收拢，上部区域的顶部具有一定宽度；所述第三剖面轮廓下部区域的矩形的两个直角处采用圆角，使所述两个直角处具有一定的弧度。

2.根据权利要求1所述的新型柔性手指，其特征在于，所述两段轮廓弧线和两段连接弧线中的两个或多个弧线位于同一个椭圆上。

3.根据权利要求1或2所述的新型柔性手指，其特征在于，所述用于进气的接口在与第一指节连接处的高度不小于所述第一指节高度的2/3。

4.根据权利要求3所述的新型柔性手指，其特征在于，所述用 于进气的接口沿所述双气路通道的方向的高度逐渐收缩。

5.根据权利要求3所述的新型柔性手指，平行于所述指腹平面且高于所述节间位置截取的指节剖面的内侧为气囊轮廓，外侧为指节轮廓，其特征在于：

所述气囊轮廓包括由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度；

所述指节轮廓包括由两段轮廓弧线和两段连接弧线组成，所述两段连接弧线任一处的曲率不小于所述两段轮廓弧线任一处的曲率，所述两段连接弧线在所述双气路通道方向上具有一定的宽度；

所述气囊轮廓中四个弧线中的至少一段弧线的曲率大于指节轮廓中的对应弧线。

6.根据权利要求1或2所述的新型柔性手指，其特征在于，所述节间的高度不小于所述节间左右两侧的两个指节中任意一个指节的高度的1/2。

7.根据权利要求3所述的新型柔性手指，其特征在于，所述节间的高度不小于所述节间左右两侧的两个指节中任意一个指节的高度的1/2。

8.根据权利要求4或5所述的新型柔性手指，其特征在于，所述节间的高度不小于所述节间左右两侧的两个指节中任意一个指节的高度的1/2。

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