CN220593180U - 一种气控柔性仿生手指 - Google Patents
一种气控柔性仿生手指 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220593180U CN220593180U CN202322068445.0U CN202322068445U CN220593180U CN 220593180 U CN220593180 U CN 220593180U CN 202322068445 U CN202322068445 U CN 202322068445U CN 220593180 U CN220593180 U CN 220593180U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- air
- finger
- knuckle
- tympanic membrane
- joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 210000003454 tympanic membrane Anatomy 0.000 claims abstract description 53
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 8
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 2
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 229920003225 polyurethane elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005057 finger movement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Prostheses (AREA)
Abstract
本实用新型公布了一种气控柔性仿生手指，包括从上至下依次设置的手指、基板以及鼓膜。手指表面设有指节气室和关节气室，内部设有指节气腔、关节气腔和连接通道，所有指节气腔和关节气腔通过连接通道相连通。基板设有若干气孔，鼓膜设有鼓膜气腔，指节气腔和鼓膜气腔通过气孔相连通。当气压驱动仿生手指时，所有关节气腔和指节气腔受气压膨胀使所有气室产生轴向张力，同时鼓膜受气压膨胀，使仿生手指在轴向产生类似于人体手指弯曲的弹性变形。通过改变鼓膜位置尺寸，可以使仿生手指分别产生持续弯曲、弯曲角度保持和弯曲角度回弹的功能，可用于不同形状物体的精确、稳定抓取。
Description
技术领域
本实用新型涉及软体机器人技术领域，具体涉及一种采用压缩气体驱动与控制的软体仿生手指。
背景技术
软体仿生手指是软体机器人领域的一个重要研究内容。与传统的刚性机械手相比，软体仿生手指与人手更为类似，能模仿人手进行近乎无限自由度的弯曲运动。由于软体仿生手指具有良好的柔顺性和安全交互性，因此在很多领域具有潜在应用价值，如对柔软物体的抓取以及应用于医疗康复手套、仿生机器人等。气动软体执行器是仿生手指常用的设计手段，通过对特定结构的柔性空腔中充入压缩气体使柔性材料产生膨胀变形，进而使软体执行器产生连续弯曲效果，具有安全可靠、使用成本低、无额外能量消耗等优点。然而，现有软体执行器在结构和功能上尚有欠缺，难以很好地模拟人类手指运动，因此仍然存在很多关键问题需要进行解决，有必要开发新型结构的柔性仿生手指，以进一步提升其仿生操控功能，并拓展其应用领域。
实用新型内容
为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种气控柔性仿生手指。该软体手指采用柔性材料制成，具有无限自由度弹性弯曲夹持能力，夹持精度和稳定性高，能模仿人类手指对物体进行抓取工作。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种气控柔性仿生手指，包括从上至下依次设置的手指、基板以及鼓膜；所述手指表面设有两个关节气室以及三个指节气室，关节气室由关节气腔形成，指节气室内部由若干指节气腔连接形成；所述手指表面还设有侧向沟槽，用于分隔关节气室和指节气室；所述基板设有若干气孔，所述鼓膜设有鼓膜气腔；所有指节气室以及关节气室由通道相连接；所有指节气室通过气孔与下方鼓膜气腔相连通；气腔中充入压缩气体使关节气室和指节气室产生轴向张力，同时鼓膜膨胀，使仿生手指产生类似人体手指弯曲的弹性变形，改变鼓膜位置尺寸使仿生手指形成持续弯曲、弯曲角度保持、弯曲角度回弹的功能。
优选地，上述手指、基板以及鼓膜的接触面相互密封，使得关节气腔、指节气腔和鼓膜气腔的具有良好密封性能。
优选地，上述关节气腔和指节气腔的截面为等腰梯形。
优选地，上述手指、基板以及鼓膜的材料为聚二甲基硅氧烷、硅胶、聚氨酯橡胶聚合物弹性材料中的一种。
优选地，上述鼓膜气腔的数量和位置尺寸根据具体功能调整。
有益效果：本实用新型提供的气控柔性仿生手指，相比现有技术，具有以下有益效果：
本实用新型提出的气控柔性仿生手指设置了关节与指节气室，对气室的气腔通入压缩气体，气室会产生轴向膨胀，同时鼓膜膨胀、拉伸并弯曲气室底部的基板，在上腔气室以及鼓膜气室的膨胀作用下使得手指产生轴向弯曲。通过改变鼓膜位置尺寸，仿生手指分别产生持续弯曲、弯曲角度保持、弯曲角度回弹的功能，因此可更好地模拟人类手指的运动行为。此外，该仿生手指具有指节及关节结构，同时设计了仿生人体肌肉的鼓膜结构，可以有效增强物体的抓握强度与稳定性。
附图说明
图1是实施例一中气控柔性仿生手指的外部结构轴测图；
图2是实施例一中气控柔性仿生手指的剖面结构示意图；
图3是实施例一中气控柔性仿生手指的侧向结构示意图；
图4是实施例一中气控柔性仿生手指在A-A方向的剖面结构示意图；
图5是实施例一中气控柔性仿生手指在B-B方向的剖面结构示意图；
图6是实施例二中气控柔性仿生手指的B-B方向的鼓膜结构尺寸示意图；
图7是实施例三中气控柔性仿生手指的B-B方向的鼓膜结构尺寸示意图；
图8是实施例一中气控柔性仿生手指的运动仿真图（40kPa）；
图9是实施例一中气控柔性仿生手指的运动仿真图（100kPa）；
图10是实施例二中气控柔性仿生手指的运动仿真图（40kPa）；
图11是实施例二中气控柔性仿生手指的运动仿真图（80kPa）。
图12是实施例三中气控柔性仿生手指的运动仿真图（30kPa）。
图13是实施例三中气控柔性仿生手指的运动仿真图（50kPa）。
其中，1为手指，2为基板，3为鼓膜，4为关节气室，5为指节气室，6为侧向沟槽，7为关节气腔，8为指节气腔，9为通道，10为气孔，11为鼓膜气腔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例一，一种气控柔性仿生手指，利用上腔气室受气压作用产生轴向弯曲变形以及鼓膜膨胀增大夹持面积，从而达到提升柔性仿生手指夹持强度、精度和稳定性的目的。
如图1-图5所示，包括手指1、基板2以及鼓膜3，基板2设于手指1的底部，上面布有若干排小孔；鼓膜3设于基板2的底部；
所述手指1表面设有两个关节气室4以及三个指节气室5，关节气室由关节气腔7形成，指节气室5内部由若干指节气腔8连接形成；所述鼓膜3位于开孔底板2的底部，并且有三个鼓膜气腔11位于指节气室5下方；所有指节气室5以及关节气室4由通道9相连接；侧向沟槽6用于分隔关节气室5和指节气室4；所有指节气室5通过基板2上气孔10与下方鼓膜气腔11相连通；所述整体气腔中充入压缩气体使关节气室4和指节气室5产生轴向张力，鼓膜3膨胀，使基板2产生仿人手指的轴向弹性弯曲变形，形成持续弯曲的效果。
手指1表面还设有侧向沟槽6，用于分隔关节气室4和指节气室5。
手指1、基板2和鼓膜3的接触面相互密封，使得关节气腔7、指节气腔8和鼓膜气腔11的具有良好密封性能。
所述关节气腔7和指节气腔8的截面为等腰梯形。本实施例中软体柔性手指在未充气状态下的外观设计尺寸为长105mm、高12.5mm、上宽16mm,下宽20mm,侧向沟槽6的宽度为1.5mm,其中关节腔室和指节腔室的尺寸为上宽12mm、下宽16mm、高8mm。其鼓膜尺寸为18mm（长）*12mm（宽），数目为3。如图1-图5所示，对软体柔性手指采用有限元软件进行仿真建模，研究其在设定的气压下弹性弯曲变形情况。实验结果显示，对指节气腔、关节气腔以及鼓膜气腔设置输入气压40kPa时，如图8所示，手指中的指节气腔、关节气腔膨胀产生轴向张力，使基板产生轴向弹性弯曲变形，鼓膜腔室纵向膨胀。当气压依次设置为60kPa,80kPa,100kPa时，手指逐步表现出更强的轴向弯曲变形，并且鼓膜膨胀逐渐增大。当气压为100kPa时，如图9所示，柔性手指的弹性变形接近人体手指弯曲极限，此时柔性手指的抓握力达到最大。因此，可以想象的是，对软体柔性手指施加不同的压缩气体，即可使手指呈现不同的弯曲变形程度，有助于针对不同外观形状和表面受力的对象进行精确抓取。
实施例二，本实施例中的第二种软体仿生手指为保持型仿生手指，其鼓膜尺寸为18mm（长）*12mm（宽）,数目为2，其位置位于关节气室的下方，其余尺寸与上文相同，如图6所示。对软体柔性致动器采用有限元进行仿真建模，研究其在设定气压下的弹性弯曲变形情况。实验结果显示，对指节气腔、关节气腔以及鼓膜气腔设置输入气压40kPa时，如图10所示如图手指中的指节气腔、关节气腔膨胀产生轴向张力，使基板产生轴向弹性弯曲变形，鼓膜腔室纵向膨胀。当输入气压大于或等于80kPa时，如图11所示，致动器弯曲角度基本不变。因此可以想象的是，在工作中，可以起到过压保护的作用，保护夹持物体不在大载荷下变形严重。
实施例三，本实施例中的第三种软体仿生手指为回弹型仿生手指，其鼓膜尺寸为23mm（长）*12mm（宽）, 数目为2，其位置位于关节气室的下方，其余尺寸与上文相同，如图7所示。对软体柔性致动器采用有限元进行仿真建模，研究其在设定气压下的弹性弯曲变形情况。实验结果显示，对指节气腔、关节气腔以及鼓膜气腔设置输入气压30kPa时，如图12所示，手指中的指节气腔、关节气腔膨胀产生轴向张力，使基板产生轴向弹性弯曲变形，并且当输入气压达到50kPa,如图13所示，其弯曲角度达到最大，其指尖输出力也达到最大。输入气压超过50kPa，致动器逐渐回弹，弯曲角度逐渐变小，指尖输出力减小。因此可以想象的是，在工作中，可以起到过压保护的作用，防止气压过大破坏夹持物体。
上述实施例中的柔性仿生手指采用硅胶进行制作，材料为Dragon skin 30。首先，采用3D打印技术制作软体手指模具，模具材料为8200树脂。其中，手指1通过一套模具（两个）进行制作，基板2通过另一套模具进行制作,鼓膜3通过另一套模具制作。接着，在3D打印模具表面喷涂脱模剂Ease Release 200，将液态硅胶Dragon skin 30的A组分和B组分胶充分搅拌均匀后倒入模具中。将硅胶和模具一起静置16小时以上，使硅胶固化。然后，将固化的硅胶从模具中脱出，并利用液态硅胶Dragon skin 30将手指1、基板2以及鼓膜3进行粘接，放置于烘箱中分别以80℃和100℃烘烤2小时和1小时，最终完成柔性仿生手指的制备。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种气控柔性仿生手指，其特征在于：包括从上至下依次设置的手指（1）、基板（2）以及鼓膜（3）；所述手指（1）表面设有两个关节气室（4）以及三个指节气室（5），关节气室（4）由关节气腔（7）形成，指节气室（5）内部由若干指节气腔（8）连接形成；所述手指（1）表面还设有侧向沟槽（6），用于分隔关节气室（4）和指节气室（5）；所述基板（2）设有若干气孔（10），所述鼓膜（3）设有鼓膜气腔（11）；所有指节气室（5）以及关节气室（4）由通道（9）相连接；所有指节气室（5）通过气孔（10）与下方的鼓膜气腔（11）相连通；气腔中充入压缩气体使关节气室（4）和指节气室（5）产生轴向张力，同时鼓膜（3）膨胀，使仿生手指产生类似人体手指弯曲的弹性变形，改变鼓膜（3）位置尺寸使仿生手指形成持续弯曲、弯曲角度保持、弯曲角度回弹的功能。
2.根据权利要求1所述的气控柔性仿生手指，其特征在于：所述手指（1）、基板（2）以及鼓膜（3）的接触面相互密封，使得关节气腔（7）、指节气腔（8）和鼓膜气腔（11）的具有良好密封性能。
3.根据权利要求1所述的气控柔性仿生手指，其特征在于：所述关节气腔（7）和指节气腔（8）的截面为等腰梯形。
4.根据权利要求1所述的气控柔性仿生手指，其特征在于：所述手指（1）、基板（2）以及鼓膜（3）的材料为聚二甲基硅氧烷、硅胶、聚氨酯橡胶聚合物弹性材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的气控柔性仿生手指，其特征在于：所述鼓膜气腔（11）的数量和位置尺寸根据具体功能调整。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322068445.0U CN220593180U (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 一种气控柔性仿生手指 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322068445.0U CN220593180U (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 一种气控柔性仿生手指 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220593180U true CN220593180U (zh) | 2024-03-15 |
Family
ID=90176586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322068445.0U Active CN220593180U (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 一种气控柔性仿生手指 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220593180U (zh) |
-
2023
- 2023-08-03 CN CN202322068445.0U patent/CN220593180U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A two-finger soft-robotic gripper with enveloping and pinching grasping modes | |
| Wang et al. | A novel soft robotic hand design with human-inspired soft palm: Achieving a great diversity of grasps | |
| US10385886B2 (en) | Soft actuators and soft actuating devices | |
| Hao et al. | Universal soft pneumatic robotic gripper with variable effective length | |
| Polygerinos et al. | Towards a soft pneumatic glove for hand rehabilitation | |
| CN108189059A (zh) | 一种仿人指充气式软体三指夹持器 | |
| CN109910049B (zh) | 自锁式刚软耦合机械抓手 | |
| CN111452066A (zh) | 一种全柔性仿生气动式机械手 | |
| WO2015069360A1 (en) | Low strain pneumatic networks for soft robots | |
| CN111975807B (zh) | 一种气控软体仿生机械手 | |
| CN111906811A (zh) | 一种全柔性气动式执行器 | |
| CN112914957A (zh) | 一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套 | |
| Li et al. | Passive and active particle damping in soft robotic actuators | |
| CN113232035A (zh) | 一种多关节刚柔耦合仿生软体手指 | |
| CN112894865A (zh) | 一种可变向的气动软体夹持手及其使用方法 | |
| Bao et al. | Trunk-like soft actuator: design, modeling, and experiments | |
| CN220593180U (zh) | 一种气控柔性仿生手指 | |
| CN111449908B (zh) | 一种用于人体手腕康复训练的分段式多自由度软体致动器 | |
| CN111975808A (zh) | 一种气控软体仿生机械手指 | |
| CN107414841B (zh) | 一种基于多级变胞机构的仿生柔顺抓取机械手 | |
| Wang et al. | A kind of soft pneumatic actuator based on multi-material 3D print technology | |
| CN111347455A (zh) | 一种摩擦力在线可调的软体手指 | |
| GB2357274A (en) | Gripper finger tips | |
| CN210650686U (zh) | 一种基于气动肌肉的四足机器人柔性脊柱 | |
| CN111718835A (zh) | 一种细胞组织力学模拟装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |