CN113199498A - 一种可调刚度的软体机械手及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调刚度的软体机械手及其驱动方法。该软体机械手包括手爪模块和软体机械臂模块；所述的软体机械臂模块包括第一支架、变刚度驱动模块、第一连杆、第二连杆和第二支架；所述的变刚度驱动模块包括驱动外壳、第一拉索、第二拉索、第一调节筒、第二调节筒和主轴。所述第一调节筒、第二调节筒和主轴均转动连接在驱动外壳上。第一调节筒、第二调节筒由两个电机分别驱动旋转。第一拉索的两端分别缠绕并固定在第一调节筒和主轴上。第二拉索的两端分别缠绕并固定在第二调节筒和主轴上。相互对应的第一拉索与第二拉索在主轴上的绕向相反。第一拉索、第二拉索的中部均通过连接到驱动外壳上的弹簧保持弯折状态。

Description

一种可调刚度的软体机械手及其驱动方法

技术领域

本发明属于软体机器人技术领域，具体涉及一种可调刚度的软体机械手及其驱动方法。

背景技术

测量误差会严重影响机器人的拾取性能，特别是在处理易碎或不规则的物体时。这是没有解决自主拾取和放置物体的问题的主要原因之一。本发明为利用拉线驱动的可调刚度的软体机械手，在对角线上的两个可调刚度的软体机械手指，具有自适应性，当被抓物品沿对角线方向窜动时，由于对角线上驱动可调刚度的软体机械手指的两根拉线是相连的，拉线能够沿对角线移动，从而具有缓冲作用。可调刚度的软体机械手的四个单手指模块通过一根拉线驱动，从而使四个单手指模块在抓取形状不规则的易碎物品时具有自适应性，能自适应地贴合被抓取物品表面，从而抓取得更牢固。可调刚度的软体机械手通过其中两根可调刚度的软体机械手指绕轴线转动，形成“V”型结构，从而也更容易抓取棒状易碎物品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调刚度的软体机械手及其驱动方法。

本发明一种可调刚度的软体机械手包括手爪模块和软体机械臂模块；所述的软体机械臂模块包括第一支架、变刚度驱动模块、第一连杆、第二连杆和第二支架；三个变刚度驱动模块分别固定在第一支架的三个不同位置；三根第一连杆的一端与三个变刚度驱动模块的主轴分别固连。三根第一连杆的另一端与三根第二连杆的一端分别铰接。三根第二连杆的另一端与第一支架的三个不同位置分别铰接。手爪模块安装在第二支架上。

所述的变刚度驱动模块包括驱动外壳、第一拉索、第二拉索、第一调节筒、第二调节筒和主轴。所述第一调节筒、第二调节筒和主轴均转动连接在驱动外壳上。第一调节筒、第二调节筒由两个电机分别驱动旋转。第一拉索的两端分别缠绕并固定在第一调节筒和主轴上。第二拉索的两端分别缠绕并固定在第二调节筒和主轴上。相互对应的第一拉索与第二拉索在主轴上的绕向相反。第一拉索、第二拉索的中部均通过连接到驱动外壳上的弹簧保持弯折状态。

作为优选，所述第一拉索和第二拉索的数量均为两根。两根第一拉索分别位于第一调节筒、主轴之间部分的两侧。两根第二拉索分别位于第二调节筒、主轴之间部分的两侧。

作为优选，所述的弹簧为拉伸弹簧。第一拉索的中部通过拉伸弹簧与固定在驱动外壳上的固定销相连；第二拉索的两端分别固定在第二调节筒和主轴上。第二拉索的中部通过拉伸弹簧与固定在驱动外壳右上角的固定销相连。所述拉伸弹簧连接第一拉索或第二拉索的端部转动连接有滑轮，拉索抵住滑轮的圆周面。

作为优选，各拉伸弹簧上均套置有弹簧护套。所述弹簧护套的一端与固定销铰接，弹簧护套的中部有通孔，拉伸弹簧从通孔中穿过，弹簧护套的下部开设U型槽，拉索从U型槽内通过。

作为优选，所述的手爪模块包括第二伺服电机、手爪基座和单手指模块；手爪基座安装在第二支架上。沿着手爪基座周向依次排列的多根单手指模块的内端均安装在手爪基座的外侧边缘处。所述的手爪基座上支承有辊轴。辊轴由第二伺服电机驱动；辊轴与单手指模块的外端通过拉线连接，使用拉线带动单手指模块进行弯曲运动。

作为优选，所述的单手指模块有偶数个，且两两一组正对设置。同一组的两个单手指模块由同一根拉线驱动。拉线的内端固定在辊轴上，外端分为两股分别连接到同一组的两个单手指模块的外端。

作为优选，单手指模块的数量为四个；各单手指模块由同一根拉线驱动弯曲。拉线的一端固定辊轴上，另一端经过手爪基座的中心位置，并依次绕过第一、三、二四个单手指模块后，再次经过手爪基座的中心位置后固定到辊轴上。第一、三个单手指模块不相邻。

作为优选，所述的手爪模块还包括第一伺服电机。第一伺服电机固定在第二支架的底部。第一伺服电机的输出轴与手爪基座的内侧面固连；所述的单手指模块的外侧包裹着充气指套；所述充气指套具有中空充气夹层。

作为优选，所述的单手指模块包括手指支座、弹性绳和由内至外依次连接的多个指关节；所述手指支座的内端与手爪基座连接，手指支座的外端与位于最内端的指关节固连。任意两个相邻的指关节之间均连接有位于单手指模块外侧的弹性绳。

作为优选，任意两个相邻的指关节之间均设置有齿轮机构。齿轮机构内的齿轮成对啮合，且与对应的指关节固定。

作为优选，任意两个相邻的指关节之间均转动连接。

作为优选，所述的手爪基座的外侧面上开设有与单手指模块对应数量的手指支座滑槽和拉线滑槽。手指支座的端部设置卡勾，卡勾卡住对应的手指支座滑槽，手指支座与手指支座滑槽滑动连接，拉线在拉线滑槽内滑动。

作为优选，三个变刚度驱动模块呈正三角形排布。

该可调刚度的软体机械手的驱动方法具体如下：

步骤一、各变刚度驱动模块内的第一调节筒和第二调节筒在电机驱动下反向转动，使得主轴保持静止且抵抗冲击的刚度调节到所需要的程度。

步骤二、各变刚度驱动模块内的第一调节筒和第二调节筒在电机驱动下同向转动，使得手爪模块运动到被抓取物品的上方。手爪模块合拢，抓住物品；各变刚度驱动模块驱动手爪模块运动到放置点，手爪模块打开，释放物品，物品就被抓取到放置点。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明的由于单手指模块外侧包裹着充气指套，充气指套具有中空的充气夹层，当抓取易碎物品时，能获得更大的接触面积，减小局部压强，使物品被抓取面上受力更加均匀，也减小了易碎物品被抓取时所受的冲击力，在移动易碎物品的过程中，也减小了易碎物品所受的震动，使易碎物品在被抓取和移动的过程中，更不易遭受压力不均，外部冲击，震动而损坏；充气指套的材料为橡胶，可以增大单手指模块与被抓取物品之间的摩擦力，使物品能更牢固的被单手指模块抓住。

2、本发明的手爪基座的侧面开设手指支座滑槽和拉线滑槽，手指支座的端部设置卡勾，卡勾卡住手手指支座滑槽，手指支座与手指支座滑槽滑动连接，拉线在拉线滑槽内滑动，在需要抓取棒状易碎物品时，一对对角线位置上的两个单手指模块通过拉钩沿手指支座滑槽滑动到另一极限位置，此时，手爪模块形成“V”型结构，使在抓取棒状易碎物品时，抓取更牢固，还能抓取更大直径的棒状物品；手指支座的端部设置卡勾，卡勾卡住手手指支座滑槽，从而使手指支座与电机支座连接更牢固，使单手指模块在抓取物品时，更稳定。

3、本发明的第一指关节、第二指关节、第三指关节、第四指关节之间通过脱臼，可以使机械手模块抓住更大的物体。

4、本发明单根拉线分别穿过四个第四指关节，且拉住第四指关节，单根拉线的两端均与辊轴连接，当需要抓取形状不规则的易碎物品时，控制器控制第一伺服电机正转，第一伺服电机的主轴带动辊轴转动，辊轴拉动单根拉线，单根拉线同时拉动四个单手指模块，四个机械手指模块自适应地与被抓物品表面充分接触，具有自适应性，所以在抓取形状不规则的易碎物品时，抓取能更加牢固。

5、本发明的变刚度驱动模块可以将第一连杆的刚度调整为高刚度或低刚度，如果对第一连杆的精度有更高要求，则可以通过第一电机逆时针转动，第二电机顺时针转动，从而提高第一拉索和第二拉索的锁紧力，进而增加第一连杆的刚度，实现对软体机械臂模块有更高精度的控制；如果需要确保撞击时的安全性，第一电机顺时针转动，第二电机逆时针转动，从而减小第一拉索和第二拉索的锁紧力，进而减小第一连杆的刚度，减小软体机械臂模块的刚度，从而保证在撞击时，输出轴有更大角度的缓冲，软体机械臂模块有更小的刚度，是软体机械臂模块在撞击时有更大的缓冲，从而确保撞击时更安全；弹簧保护套可以约束拉伸弹簧、第一拉索、第二拉索、滑轮的运动，保证拉伸弹簧、第一拉索、第二拉索、滑轮在工作区域内，使手爪模块工作更稳定；滑轮使拉伸弹簧与第一拉索和第二拉索之间由滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减小摩擦力，减小拉伸弹簧窜动，使变刚度驱动模块运行更稳定；第一拉索和第二拉索的数量各为两个，且沿穿过第一电机主轴与第二电机主轴形成的平面对称，当第一电机和第二电机在不通电的自由状态下，由于对称分布的两个第一拉索和对称分布的两个第二拉索作用下，输出轴旋转到平衡状态，使第一拉索和第二拉索的锁紧力也复位到初始值，从而使软体机械臂模块的刚度复位十分便捷，第一电机和第二电机断电即软体机械臂模块刚度复位；两个第一拉索对称分布和两个第二拉索对称分布，能平衡第一拉索对第一电机的部分扭矩，平衡第二拉索对第二电机的部分扭矩，从而使第一电机和第二电机所受的扭矩更加均匀，从而延长第一电机和第二电机的寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1中手爪模块的第一张示意图；

图3为本发明实施例1中手爪模块的第二张示意图；

图4为本发明实施例1中两个单手指模块与辊轴的连接示意图；

图5为本发明实施例1的手爪模块抓取块状物品的示意图；

图6为本发明实施例1的手爪模块抓取棒状物品的示意图；

图7为本发明中A部分的第一张细节示意图；

图8为本发明中A部分的剖面示意图；

图9为本发明中A部分的第二张细节示意图；

图10为本发明通过单根拉线驱动的手爪模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种可调刚度的软体机械手，包括手爪模块1、软体机械臂模块2和控制器；所述的软体机械臂模块2包括第一支架2-1、变刚度驱动模块5、第一连杆2-3、第二连杆2-4和第二支架2-5；所述的第一支架2-1和第二支架2-5的形状均为“Y”字型。三个变刚度驱动模块5分别固定在第一支架2-1呈正三角形分布的三个端部；三根第一连杆2-3的一端与三个变刚度驱动模块5的主轴分别固连。三根第一连杆2-3的另一端与三根第二连杆2-4的一端铰接。三根第二连杆2-4的另一端与第一支架2-1呈正三角形分布的三个端部分别铰接。通过三个变刚度驱动模块5的主轴转动，能够带动第二支架2-5进行三自由度移动。变刚度驱动模块5能够调节主轴抵抗外部冲击时的刚度，从而能够在不同的环境中调节软体机械臂模块抵抗冲击和保护自身不受损坏的能力。

如图2、3和4所示，手爪模块1包括第一伺服电机1-1、第二伺服电机1-2、辊轴1-3、手爪基座1-4和单手指模块3；第一伺服电机1-1固定在第二支架2-5下侧。第一伺服电机1-1的主轴与手爪基座1-4的内侧面固连；所述的第二伺服电机1-2固定在手爪基座1-4的侧面。辊轴1-3与第二伺服电机1-2的主轴固连；四根单手指模块3的内端均安装在手爪基座1-4的外侧边缘处。四根单手指模块3沿着手爪基座1-4中心轴线的周向依次排列。第二伺服电机1-2通过辊轴1-3和拉线3-8驱动单手指模块3进行弯曲运动。

工作时，当需要移动形状不规则或易碎物品时，控制器控制各变刚度驱动模块5转动，各变刚度驱动模块5的主轴带动对应的第一连杆2-3和第二连杆2-4运动，第二连杆2-4带动第二支架2-5移动，第二支架2-5带动手爪模块1移动到物品上方，控制器控制第一伺服电机1-1，调整手爪模块1的适宜抓取物品的周向角度，控制器再控制第二伺服电机1-2正转，第二伺服电机1-2的主轴带动辊轴1-3正转，辊轴1-3拉动拉线3-8，拉线3-8拉动各单手指模块3合拢，单手指模块3抓住物品，控制器控制各变刚度驱动模块5转动，通过第一连杆2-3和第二连杆2-4移动手爪模块1，从而移动物品的位置；控制器控制第一伺服电机1-1调整物品的周向角度以方便放置，控制器在控制第二伺服电机1-2反转，将单手指模块3打开，释放物品，从而将物品放置在指定位置。

如图1、5和6所示，所述的单手指模块3的外侧包裹着充气指套3-1；所述充气指套3-1具有中空充气夹层，充气指套3-1的材料为橡胶。工作时，当抓取易碎物品时，由于单手指模块3外侧包裹着充气指套3-1，因此在抓取易碎物品时，能获得更大的接触面积，减小局部压强，使物品被抓取面上受力更加均匀，也减小了易碎物品被抓取时所受的冲击力，在移动易碎物品的过程中，也减小了易碎物品所受的震动，使易碎物品在被抓取和移动的过程中，更不易遭受压力不均，外部冲击，震动而损坏；此外橡胶材质的充气指套3-1可以增大单手指模块3与被抓取物品之间的摩擦力，使物品能更牢固的被单手指模块3抓住。

如图2、3和4所示，单手指模块3包括手指支座3-2、弹性绳3-7和由内至外依次连接的第一指关节3-3、第二指关节3-4、第三指关节3-5和第四指关节3-6；所述手指支座3-2的内端与手爪基座1-4连接，手指支座3-2的外端与第一指关节3-3的内端卡接；所述的第一指关节3-3的外端与第二指关节3-4的内端通过齿轮机构连接，第二指关节3-4的外端与第三指关节3-5的内端通过齿轮机构连接，第三指关节3-5的外端与第四指关节3-6的内端通过齿轮机构连接；相邻的第一指关节3-3与第二指关节3-4之间、第二指关节3-4与第三指关节3-5之间、第三指关节3-5与第四指关节3-6之间，均通过弧形凸起和凹槽转动卡接，且均连接有位于单手指模块3外侧的弹性绳3-7。齿轮机构内的齿轮成对啮合，且与对应的指关节固定。以第一指关节3-3与第二指关节3-4为例，当第二指关节3-4向内弯曲转动时，第二指关节3-4内端的齿轮绕第一指关节3-3外端的齿轮转动，此时，第一指关节3-3与第二指关节3-4之间的弧形凸起和凹槽分离，使得单手指模块3整体伸长；可见，单手指模块3在弯曲过程中能够伸长，使得手爪模块1抓取更大的物体。各弹性绳3-7使得单手指模块3在初始状态时保持伸直。工作时，当要释放被手爪模块1抓住的物品时，控制器控制第二伺服电机1-2反转转动，第二伺服电机1-2的主轴带动辊轴1-3反向转动释放拉线3-8，第二指关节3-4、第三指关节3-5、第四指关节3-6在对应的弹性绳3-7的拉动下复位伸直，从而释放被抓取的物品；第一指关节3-3、第二指关节3-4、第三指关节3-5、第四指关节3-6之间通过脱臼，可以使机械手指模块3抓住更大的物体。

四个单手指模块3中，处于对角线位置的两个单手指模块3由同一根拉线3-8驱动。两根拉线3-8的内端分别固定在辊轴1-3的两个收线槽中。拉线3-8穿过手爪基座1-4的中心孔，并分为两股分别连接到处于对角线位置的两个单手指模块3内的第四指关节3-6上。工作时，由于对角线位置的两单手指模块3的第四指关节3-6通过同一根拉线3-8相连接，故在抓取形状不规则的物品时，使可调刚度的软体机械手具有自适应性，可调刚度的软体机械手可以沿拉线3-8方向移动，从而能将形状不规则物品抓得更牢。

如图2至6所示，所述的手爪基座1-4的外侧面上开设有与单手指模块3对应数量的手指支座滑槽4-1和拉线滑槽4-2。手指支座3-2的端部设置卡勾4-3，卡勾4-3卡住对应的手指支座滑槽4-1，手指支座3-2与手指支座滑槽4-1滑动连接，拉线3-8在拉线滑槽4-2内滑动。工作时，当需要抓取棒状易碎物品时，一对对角线位置上的两个单手指模块3通过拉钩沿手指支座滑槽4-1滑动到另一极限位置，此时，手爪模块1形成“V”型结构，使在抓取棒状易碎物品时，抓取更牢固，还能抓取更大直径的棒状物品；卡住手手指支座滑槽4-1的卡勾4-3能够使得手指支座3-2与电机支座连接更牢固，使单手指模块3在抓取物品时，更稳定。

如图7、8和9所示，所述的变刚度驱动模块5包括驱动外壳5-1、第一拉索5-2、第二拉索5-3、第一调节筒5-4、第二调节筒5-5、主轴5-6、拉伸弹簧5-7、滑轮5-8、固定销5-9和弹簧护套5-10，所述主轴5-6转动连接在驱动外壳5-1上。主轴5-6与对应的第一连杆2-3固连；第一调节筒5-4、第二调节筒5-5分别安装在主轴5-6的两侧。第一调节筒5-4、第二调节筒5-5由两个电机分别驱动旋转。第一拉索5-2的两端分别缠绕并固定在第一调节筒5-4和主轴5-6上。第一拉索5-2的中部通过拉伸弹簧5-7与固定在驱动外壳5-1上的固定销5-9相连；第二拉索5-3的两端分别固定在第二调节筒5-5和主轴5-6上。第二拉索5-3的中部通过拉伸弹簧5-7与固定在驱动外壳5-1右上角的固定销5-9相连；第一拉索5-2、第二拉索5-3的数量各为2根，且关于经过第一调节筒5-4输出轴与第二调节筒5-5输出轴的平面对称；四根拉伸弹簧5-7上均套置有弹簧护套5-10。所述弹簧护套5-10的一端与固定销5-9铰接，弹簧护套5-10的中部有通孔，拉伸弹簧5-7从通孔中穿过，弹簧护套5-10的下部开设U型槽，拉索从U型槽内通过；所述拉伸弹簧5-7的一端转动连接滑轮5-8，拉索抵住滑轮5-8的圆周面，形成滚动连接。当第一调节筒5-4与第二调节筒5-5同向转动时，将带动主轴5-6旋转。当第一调节筒5-4与第二调节筒5-5反向转动时，将使得一侧的拉索进一步绷紧或松弛，拉伸弹簧5-7伸长或缩短，从而调主轴抵抗冲击的刚度。当其中两根拉索在主轴5-6与第一调节筒5-4、第二调节筒5-5完全伸直，则主轴5-6达到完全刚性的驱动结构。

工作时，变刚度驱动模块5可以将软体机械臂模块2的刚度调整为高刚度或低刚度，如果对软体机械臂模块2的精度有更高要求，则可以通过第一调节筒5-4逆时针转动，第二调节筒5-5顺时针转动，从而提高第一拉索5-2和第二拉索5-3的锁紧力，进而增加第一连杆2-3的刚度，实现软体机械臂模块2更高精度的控制；如果需要确保撞击时的安全性，第一调节筒5-4顺时针转动，第二调节筒5-5逆时针转动，从而减小第一拉索5-2和第二拉索5-3的锁紧力，进而减小第一连杆2-3的刚度，减小软体机械臂模块2的刚度，从而保证在撞击时，主轴5-6有更大角度的缓冲，软体机械臂模块2有更小的刚度，软体机械臂模块2在撞击时有更大的缓冲，从而确保撞击时更安全；弹簧保护套5-10可以约束拉伸弹簧5-7、第一拉索5-2、第二拉索5-3、滑轮5-8的运动，保证拉伸弹簧5-7、第一拉索5-2、第二拉索5-3、滑轮5-8在工作区域内，使手爪模块1工作更稳定；滑轮5-8使拉伸弹簧5-7与第一拉索5-2和第二拉索5-3之间由滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减小摩擦力，减小拉伸弹簧5-7窜动，使变刚度驱动模块5运行更稳定；第一拉索5-2和第二拉索5-3的数量各为两个，且沿穿过第一调节筒5-4主轴与第二调节筒5-5主轴形成的平面对称，当第一调节筒5-4和第二调节筒5-5在不通电的自由状态下，由于对称分布的两个第一拉索5-2和对称分布的两个第二拉索5-3作用下，主轴5-6旋转到平衡状态，使第一拉索5-2和第二拉索5-3的锁紧力也复位到初始值，从而使手爪模块1的刚度复位十分便捷，第一调节筒5-4和第二调节筒5-5断电即手爪模块1刚度复位；两个第一拉索5-2对称分布和两个第二拉索5-3对称分布，能平衡第一拉索5-2对第一调节筒5-4的部分扭矩，平衡第二拉索5-3对第二调节筒5-5的部分扭矩，从而使第一调节筒5-4和第二调节筒5-5所受的扭矩更加均匀，从而延长第一调节筒5-4和第二调节筒5-5的寿命。

本发明的工作原理如下：

工作时，控制器控制软体机械臂模块2将手爪模块1移动到物品的上方，手爪模块1合拢，抓住物品；控制器控制软体机械臂模块2将可调刚度的软体机械手移动到放置点，手爪模块1打开，释放物品，物品就被抓取到放置点。当抓取易碎物品时，由于单手指模块3外侧包裹着充气指套3-1，充气指套3-1具有中空的充气夹层，因此在抓取易碎物品时，能获得更大的接触面积，减小局部压强，使物品被抓取面上受力更加均匀，也减小了易碎物品被抓取时所受的冲击力，在移动易碎物品的过程中，也减小了易碎物品所受的震动，使易碎物品在被抓取和移动的过程中，更不易遭受压力不均，外部冲击，震动而损坏；充气指套3-1的材料为橡胶，可以增大单手指模块3与被抓取物品之间的摩擦力，使物品能更牢固的被单手指模块3抓住。当要释放被手爪模块1抓住的物品时，控制器控制第二伺服电机1-2反转转动，第二伺服电机1-2的主轴带动辊轴1-3反向转动释放拉线3-8，相邻的第一指关节3-3、第二指关节3-4、第三指关节3-5和第四指关节3-6的外侧两两之间通过弧形凸起和凹槽卡接，弹性绳3-7拉动第一指关节3-3、第二指关节3-4、第三指关节3-5、第四指关节3-6，将单手指模块3复位伸直，从而释放被抓取的物品。对角线位置的两单手指模块3的第四指关节3-6通过拉线3-8相连接，在抓取形状不规则的物品时，使可调刚度的软体机械手具有自适应性，可调刚度的软体机械手可以沿拉线3-8方向移动，从而能将形状不规则物品抓得更牢。当需要抓取棒状易碎物品时，一对对角线位置上的两个单手指模块3通过拉钩沿手指支座滑槽4-1滑动到另一极限位置，此时，手爪模块1形成“V”型结构，使在抓取棒状易碎物品时，抓取更牢固，还能抓取更大直径的棒状物品；手指支座3-2的端部设置卡勾4-3，卡勾4-3卡住手手指支座滑槽4-1，从而使手指支座3-2与电机支座连接更牢固，使单手指模块3在抓取物品时，更稳定。变刚度驱动模块5可以将软体机械臂模块2的刚度调整为高刚度或低刚度，如果对软体机械臂模块2的精度有更高要求，则可以通过第一调节筒5-4逆时针转动，第二调节筒5-5顺时针转动，从而提高第一拉索5-2和第二拉索5-3的锁紧力，进而增加第一连杆2-3的刚度，实现软体机械臂模块2更高精度的控制；如果需要确保撞击时的安全性，第一调节筒5-4顺时针转动，第二调节筒5-5逆时针转动，从而减小第一拉索5-2和第二拉索5-3的锁紧力，进而减小第一连杆2-3的刚度，减小软体机械臂模块2的刚度，从而保证在撞击时，主轴5-6有更大角度的缓冲，软体机械臂模块2有更小的刚度，软体机械臂模块2在撞击时有更大的缓冲，从而确保撞击时更安全；弹簧保护套5-10可以约束拉伸弹簧5-7、第一拉索5-2、第二拉索5-3、滑轮5-8的运动，保证拉伸弹簧5-7、第一拉索5-2、第二拉索5-3、滑轮5-8在工作区域内，使手爪模块1工作更稳定；滑轮5-8使拉伸弹簧5-7与第一拉索5-2和第二拉索5-3之间由滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减小摩擦力，减小拉伸弹簧5-7窜动，使变刚度驱动模块5运行更稳定；第一拉索5-2和第二拉索5-3的数量各为两个，且沿穿过第一调节筒5-4主轴与第二调节筒5-5主轴形成的平面对称，当第一调节筒5-4和第二调节筒5-5在不通电的自由状态下，由于对称分布的两个第一拉索5-2和对称分布的两个第二拉索5-3作用下，主轴5-6旋转到平衡状态，使第一拉索5-2和第二拉索5-3的锁紧力也复位到初始值，从而使手爪模块1的刚度复位十分便捷，第一调节筒5-4和第二调节筒5-5断电即手爪模块1刚度复位；两个第一拉索5-2对称分布和两个第二拉索5-3对称分布，能平衡第一拉索5-2对第一调节筒5-4的部分扭矩，平衡第二拉索5-3对第二调节筒5-5的部分扭矩，从而使第一调节筒5-4和第二调节筒5-5所受的扭矩更加均匀，从而延长第一调节筒5-4和第二调节筒5-5的寿命。

实施例2

如图10所示，本实施例与实施例1的区别在于：拉线3-8驱动单手指模块3的方式不同；各单手指模块3由同一根拉线3-8驱动弯曲。拉线3-8的一端固定辊轴1-3的第一个收线槽中，另一端穿过手爪基座1-4的中心孔，并依次绕过第一、三、二四个单手指模块后，穿过手爪基座1-4的中心孔，并固定到辊轴1-3的第二个收线槽中。第一、三个单手指模块正对设置；第二、四个单手指模块正对设置；拉线3-8绕过单手指模块的具体方式为：首先穿过手指支座3-2上的通孔，再绕过第四指关节3-6上的绕线轴后，重新穿过手指支座3-2上的通孔回到原始位置。

工作时，当需要抓取形状不规则的易碎物品时，控制器控制第一伺服电机1-1正转，第一伺服电机1-1的主轴带动辊轴1-3转动，辊轴1-3拉动单根拉线3-8，单根拉线3-8同时拉动四个单手指模块3，四个机械手指模块自适应地与被抓物品表面充分接触，具有自适应性，所以在抓取形状不规则的易碎物品时，抓取能更加牢固。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：单手指模块3中不设齿轮机构；相邻的两个指关节通过圆弧凸块和卡槽转动连接。

Claims (10)

1.一种可调刚度的软体机械手，包括手爪模块(1)和软体机械臂模块(2)；其特征在于：所述的软体机械臂模块(2)包括第一支架(2-1)、变刚度驱动模块(5)、第一连杆(2-3)、第二连杆(2-4)和第二支架(2-5)；三个变刚度驱动模块(5)分别固定在第一支架(2-1)的三个不同位置；三根第一连杆(2-3)的一端与三个变刚度驱动模块(5)的主轴分别固连；三根第一连杆(2-3)的另一端与三根第二连杆(2-4)的一端分别铰接；三根第二连杆(2-4)的另一端与第一支架(2-1)的三个不同位置分别铰接；手爪模块(1)安装在第二支架(2-5)上；

所述的变刚度驱动模块(5)包括驱动外壳(5-1)、第一拉索(5-2)、第二拉索(5-3)、第一调节筒(5-4)、第二调节筒(5-5)和主轴(5-6)；所述第一调节筒(5-4)、第二调节筒(5-5)和主轴(5-6)均转动连接在驱动外壳(5-1)上；第一调节筒(5-4)、第二调节筒(5-5)由两个电机分别驱动旋转；第一拉索(5-2)的两端分别缠绕并固定在第一调节筒(5-4)和主轴(5-6)上；第二拉索(5-3)的两端分别缠绕并固定在第二调节筒(5-5)和主轴(5-6)上；相互对应的第一拉索(5-2)与第二拉索(5-3)在主轴(5-6)上的绕向相反；第一拉索(5-2)、第二拉索(5-3)的中部均通过连接到驱动外壳(5-1)上的弹簧保持弯折状态。

2.根据权利要求1所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：所述第一拉索(5-2)和第二拉索(5-3)的数量均为两根；两根第一拉索(5-2)分别位于第一调节筒(5-4)、主轴(5-6)之间部分的两侧；两根第二拉索(5-3)分别位于第二调节筒(5-5)、主轴(5-6)之间部分的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：所述的弹簧为拉伸弹簧(5-7)；第一拉索(5-2)的中部通过拉伸弹簧(5-7)与固定在驱动外壳(5-1)上的固定销(5-9)相连；第二拉索(5-3)的两端分别固定在第二调节筒(5-5)和主轴(5-6)上；第二拉索(5-3)的中部通过拉伸弹簧(5-7)与固定在驱动外壳(5-1)右上角的固定销(5-9)相连；所述拉伸弹簧(5-7)连接第一拉索(5-2)或第二拉索(5-3)的端部转动连接有滑轮(5-8)，拉索抵住滑轮(5-8)的圆周面。

4.根据权利要求1所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：所述的手爪模块(1)包括第二伺服电机(1-2)、手爪基座(1-4)和单手指模块(3)；手爪基座(1-4)安装在第二支架(2-5)上；沿着手爪基座(1-4)周向依次排列的多根单手指模块(3)的内端均安装在手爪基座(1-4)的外侧边缘处；所述的手爪基座(1-4)上支承有辊轴(1-3)；辊轴(1-3)由第二伺服电机(1-2)驱动；辊轴(1-3)与单手指模块(3)的外端通过拉线(3-8)连接，使用拉线(3-8)带动单手指模块(3)进行弯曲运动。

5.根据权利要求4所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：所述的单手指模块(3)有偶数个，且两两一组正对设置；同一组的两个单手指模块(3)由同一根拉线(3-8)驱动；拉线(3-8)的内端固定在辊轴(1-3)上，外端分为两股分别连接到同一组的两个单手指模块(3)的外端。

6.根据权利要求4所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：单手指模块(3)的数量为四个；各单手指模块(3)由同一根拉线(3-8)驱动弯曲；拉线(3-8)的一端固定辊轴(1-3)上，另一端经过手爪基座(1-4)的中心位置，并依次绕过第一、三、二四个单手指模块后，再次经过手爪基座(1-4)的中心位置后固定到辊轴(1-3)上；第一、三个单手指模块不相邻。

7.根据权利要求4所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：所述的手爪模块(1)还包括第一伺服电机(1-1)；第一伺服电机(1-1)固定在第二支架(2-5)的底部；第一伺服电机(1-1)的输出轴与手爪基座(1-4)的内侧面固连；所述的单手指模块(3)的外侧包裹着充气指套(3-1)；所述充气指套(3-1)具有中空充气夹层；所述的手爪基座(1-4)的外侧面上开设有与单手指模块(3)对应数量的手指支座滑槽(4-1)和拉线滑槽(4-2)；手指支座(3-2)的端部设置卡勾(4-3)，卡勾(4-3)卡住对应的手指支座滑槽(4-1)，手指支座(3-2)与手指支座滑槽(4-1)滑动连接，拉线(3-8)在拉线滑槽(4-2)内滑动。

8.根据权利要求1所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：所述的单手指模块(3)包括手指支座(3-2)、弹性绳(3-7)和由内至外依次连接的多个指关节；所述手指支座(3-2)的内端与手爪基座(1-4)连接，手指支座(3-2)的外端与位于最内端的指关节固连；任意两个相邻的指关节(3-4)之间均连接有位于单手指模块(3)外侧的弹性绳(3-7)。

9.根据权利要求1所述的一种可调刚度的软体机械手，其特征在于：任意两个相邻的指关节(3-4)之间均设置有齿轮机构；齿轮机构内的齿轮成对啮合，且与对应的指关节固定。

10.如权利要求1所述的一种可调刚度的软体机械手的驱动方法，其特征在于：步骤一、各变刚度驱动模块(5)内的第一调节筒(5-4)和第二调节筒(5-5)在电机驱动下反向转动，使得主轴保持静止且抵抗冲击的刚度调节到所需要的程度；

步骤二、各变刚度驱动模块(5)内的第一调节筒(5-4)和第二调节筒(5-5)在电机驱动下同向转动，使得手爪模块(1)运动到被抓取物品的上方；手爪模块(1)合拢，抓住物品；各变刚度驱动模块(5)驱动手爪模块(1)运动到放置点，手爪模块(1)打开，释放物品，物品就被抓取到放置点。

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