CN111070227A - 一种流体驱动单向弯曲仿生手指及仿生手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械手，尤其涉及一种由柔性软管驱动弯曲的手指结构及仿生手。一种流体驱动单向弯曲仿生手指，包括龙骨、弹性支柱和柔性软管；所述龙骨为空心结构，龙骨的数量为多个，多个龙骨依次套设在弹性支柱上形成仿生手指，相邻两个龙骨之间通过支撑结构进行接触；柔性软管从下到上盘旋依附在仿生手指上，其中，柔性软管的一部分依附在龙骨上，另一部分位于相邻两个龙骨之间；柔性软管膨胀后可使多个龙骨朝向支撑结构一侧进行弯曲。本发明提出一种流体驱动单向弯曲仿生手指，解决了现有机械手手指结构复杂、以电力驱动、柔性低、重量大、成本高的问题。

Description

一种流体驱动单向弯曲仿生手指及仿生手

技术领域

本发明涉及一种机械手，尤其涉及一种由柔性软管驱动弯曲的手指结构及仿生手。

背景技术

仿生手在实际工程中具有广泛运用，通过多根手指弯曲伸直的相互配合实现对目标物体的抓取和放开。然而现有的机械手通常存在以下几方面问题：

1)结构复杂，且随着仿生手指关节数的增多，表现更加明显；

2)成本高且控制较为复杂；

3)以电提供主要动力不便于在水下等特殊环境中操作，能耗大；

4)刚性结构柔性较差。

发明内容

本发明提出一种流体驱动单向弯曲仿生手指，以解决现有机械手手指结构复杂，以电力驱动，柔性低的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特殊之处在于：

包括龙骨、弹性支柱和柔性软管；所述龙骨为空心结构，龙骨的数量为多个，多个龙骨依次套设在弹性支柱上形成仿生手指，相邻两个龙骨之间通过支撑结构进行接触；柔性软管从下到上盘旋依附在仿生手指上，其中，柔性软管的一部分依附在龙骨上，另一部分位于相邻两个龙骨之间；柔性软管膨胀后可使多个龙骨朝向支撑结构一侧进行弯曲。

进一步地，还包括半球形封顶部分，半球形封顶部分位于最顶端的龙骨上。

进一步地，还包括压力源装置，所述压力源装置用于给柔性软管提供压力流体。

进一步地，上述龙骨为空心圆柱体结构，其上、下端面均为倾斜曲面，其上端面设有支点凹槽，下端面设有与支点凹槽配合的支撑板，支撑板与支点凹槽配合形成支撑结构。

进一步地，上述龙骨的侧面开设有斜向的凹槽，所述柔性软管穿过凹槽。

进一步地，上述弹性支柱可选用弹簧、橡皮柱、皮筋等弹性材料。

进一步地，上述龙骨的数量为五个。

进一步地，上述柔性软管中可充水或充气。

另外，本发明还提出一种基于上述流体驱动单向弯曲仿生手指的仿生手，其特殊之处在于：

包括基座，所述基座上设有至少两个上述流体驱动单向弯曲仿生手指的仿生手。

本发明的优点：

1)本发明仅由弹性柱体、龙骨以及柔性软管组成，结构简单易安装；

2)本发明中柔性软管在手指上螺旋缠绕放置于龙骨的凹槽中，充分利用空间；

3)本发明利用柔性软管充满流体后膨胀的原理，以流体为主要动力，可适应范围广；

4)本发明中柔性软管充满流体后产生形变较大，可以使机械手指具有高功率；

5)本发明采用柔性软管，具有自然柔顺性；

6)本发明的每根手指单独作用，不受其他手指影响，可根据需求调整手指数量与排布。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图1中A-A方向的剖视图；

图4为本发明实施例弯曲效果图；

图5为本发明实施例其中两节龙骨相连的局部示意图；

图6为本发明实施例龙骨的结构示意图；

图7为本发明仿生手实例模块化组合的效果图。

其中：1、龙骨，2、柔性软管，3、支撑结构，4、压力源装置，5、弹性支柱，6、支点凹槽，7、凹槽，8、支撑板，9、基座。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。

如图1至图6所示，一种流体驱动单向弯曲仿生手指，包括龙骨1、弹性支柱5和柔性软管2，所述龙骨1为空心结构，龙骨1的数量为多个，多个龙骨1套设在弹性支柱5上，相邻两个龙骨1之间通过支撑结构3进行接触，柔性软管2从下到上盘旋依附在仿生手指上，其中，柔性软管2的一部分依附在龙骨1上，另一部分位于相邻两个龙骨1之间；柔性软管2充入流体膨胀后，由于依附在一块龙骨1上的柔性软管2受到限制无法膨胀而位于两龙骨1之间的柔性软管2膨胀从而可使多个龙骨1朝向支撑结构3一侧进行弯曲。

所述龙骨1主体为空心圆柱体结构，龙骨上下两端为与水平面成一定角度的曲面，龙骨上开有支点凹槽6，且每个龙骨上下两侧包括与其相邻龙骨匹配的支点。

进一步地，每个龙骨1上凹槽7走向为柔性软管2在弹性支柱5上螺旋缠绕的方向，保证柔性软管2放置于凹槽7中为自然缠绕状态。

进一步地，柔性软管2依附于龙骨1螺旋缠绕，呈周期性上升，在此上升过程的每个周期中，半个周期在龙骨1的凹槽7中，半个周期位于两个相邻龙骨之间由于支撑结构3支撑所形成的间隔之中，形成该手指的关节。

进一步地，每个龙骨1上方开有支点凹槽6下方加有支撑板7，每个龙骨1下方的支撑板8与对应下一个龙骨1上方的支点凹槽6一同形成关节处的支撑结构3。每个支撑结构3位于手指弯曲时所弯向的那一侧，两个相邻龙骨1以共有的支撑结构3为转轴弯曲，多个龙骨1串联共同作用达到整根手指弯曲的效果。

所述龙骨结构尺寸可根据需求和变形量进行调节，高度、外径、内径(即龙骨中央弹簧外径)可为任意值。

所述龙骨串联的个数可以为任意值，在本实施例中龙骨个数为5个，位于最顶端的龙骨1上为半球形封顶结构。

进一步地，多节龙骨1串联并固定在弹性支柱5上，形成整根手指的骨架。

所述弹性支柱可选用弹簧、橡皮柱、皮筋等弹性材料。

进一步地，起始时，柔性软管2受到两个相邻龙骨1间距的限制处于被挤压的扁平状态，使用该结构时，利用压力源装置4向柔性软管2充气，柔性软管2充气后膨胀，关节处有柔性软管2的那一侧距离增大，弹性支柱5弯曲，进而整根手指发生弯曲，弯向支撑结构3所在一侧，多跟手指组合即可实现抓取功能。

所述使柔性软管膨胀方式可为充水、充气，本实施例中为充气。

所述充气后两节龙骨之间形成的夹角根据实际情况控制软管压缩量以及对龙骨尺寸、充气软管直径、龙骨个数等参数进行调节，可实现0°～15°的夹角。在本实施例中弯曲角度为15°。

参见图7，一种流体驱动单向弯曲仿生手，包括基座9，所述基座上设有至少两个所述流体驱动单向弯曲仿生手指的仿生手。

流体驱动单向弯曲仿生手指可根据实际需要在基座9上进行自由布置，数量不限，排布方式不限，本实施例中，基座9上仿生手指数量为3个且在基座9上为对称布置。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

包括龙骨(1)、弹性支柱(5)和柔性软管(2)，

所述龙骨(1)为空心结构，龙骨(1)的数量为多个，多个龙骨(1)依次套设在弹性支柱(5)上形成仿生手指，相邻两个龙骨(1)之间通过支撑结构(3)进行接触，柔性软管(2)从下到上盘旋依附在仿生手指上，其中，柔性软管(2)的一部分依附在龙骨(1)上，另一部分位于相邻两个龙骨(1)之间；柔性软管(2)膨胀后可使多个龙骨(1)朝向支撑结构(3)一侧进行弯曲。

2.根据权利要求1所述的一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

还包括半球形封顶部分，半球形封顶部分位于最顶端的龙骨(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

还包括压力源装置(4)，所述压力源装置(4)用于给柔性软管(2)提供压力流体。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

所述龙骨(1)为空心圆柱体结构，其上、下端面均为倾斜曲面，其上端面设有支点凹槽(6)，下端面设有与支点凹槽(6)配合的支撑板(8)，支撑板(8)与支点凹槽(6)配合形成支撑结构(3)。

5.根据权利要求4所述的一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

所述龙骨(1)的侧面开设有斜向的凹槽(7)，所述柔性软管(2)穿过凹槽(7)。

6.根据权利要求5所述的一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

弹性支柱(5)可选用弹簧、橡皮柱、皮筋等弹性材料。

7.根据权利要求6所述的一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

所述龙骨(1)的数量为五个。

8.根据权利要求7所述的一种流体驱动单向弯曲仿生手指，其特征在于：

所述柔性软管(2)中可充水或充气。

9.一种流体驱动单向弯曲仿生手，其特征在于：

包括基座(9)，

所述基座上设有至少两个如权利要求1-9任一所述流体驱动单向弯曲仿生手指的仿生手。

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