[發明專利]一種柔順性可控的仿生手指

有效

• 申請號: 201310718392.0
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103753593A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 唐瑋;張建凱;朱華;程新景;毛楊明
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08;B25J9/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

1.一種柔順性可控的仿生手指，其整體結構包括：仿生皮膚（1），電磁線圈（5），應變片傳感器（6），磁流變液（7），密封凸臺（8），剛性支撐體（9），手指控制盒（11），指甲座（10），密封膠（12），密封墊圈（13），緊定螺釘（14）；其特征是：該柔順性可控的仿生手指主要由仿生手指皮層結構、仿生手指內部結構和仿生手指的電路結構構成。

2.根據權利要求1所述的一種柔順性可控的仿生手指的手指皮層結構，其特征是：該仿生手指的皮層結構為：仿生皮膚（1）采用硅橡膠澆注而成，共有三層，仿生皮膚內層（2），仿生皮膚中間層（3），仿生皮膚最外層（4）；仿生皮膚內層（2），其表面均勻繞制銅質的電磁線圈（5），電磁線圈（5）兩端引線引出皮膚；仿生皮膚中間層（3）的下表面粘有應變片傳感器（6），貼片位置為仿生手指受力主應力最大的位置；仿生皮膚最外層（4）的下表面帶有仿手指紋理，達到模擬手指指紋和增大仿生手指與接觸物體的摩擦力的作用，應變片傳感器（6）的引出線要引出皮膚，仿生手指上表皮鉆有2個開孔，開口端鉆有4個開孔。

3.根據權利要求1所述的一種柔順性可控的仿生手指的內部結構，其特征是：在仿生手指內部填充有磁流變液（7），該磁流變液易于分散且沉降穩定性好；仿生手指開口端設有密封凸臺（8），密封凸臺（8）和剛性支撐體（9）及手指控制盒（11）通過螺紋連成一體，其中與剛性支撐體（9）相連接的螺紋孔為M6，與仿生皮膚連接的螺紋孔為M3，與手指控制盒連接的螺紋通孔為M3；密封凸臺（8）采用樹脂材料制成，增加其與硅橡膠皮膚貼合密封性；仿生皮膚（1）和密封凸臺（8）間通過聚氨酯的密封膠（12）粘接，在仿生皮膚最外層（4）墊有密封墊圈（13），并通過緊定螺釘（14）將仿生皮膚（1）和密封凸臺（8）連接固定，能夠有效地對仿生手指進行嚴格密封，防止磁流變液（7）泄漏；剛性支撐體（9）置于仿生手指內部，一端與密封凸臺（8）配合的外螺紋連接，另一端伸至手指指尖處，其外形為圓柱形，在其側面有兩個與指甲座（10）螺釘配合的螺紋孔，剛性支撐體（9）采用的是磁芯，一方面起到支撐手指作用，另一方面磁芯可以增大線圈的磁場，使磁流變效應發生的更為迅速，縮短磁流變效應的時間；密封凸臺（8）的另一端連接的是手指控制盒（11），手指控制盒（11）為塑料材質，內部帶有控制電路；手指上表皮通過螺釘穿過開口和剛性支撐體（9）連接使指甲座（10）固定，指甲座（10）為尼龍材質，其作用是模擬真實手指指甲和配合剛性支撐體起支撐仿生手指的作用。

4.根據權利要求1所述的一種柔順性可控的仿生手指的電路結構，其特征是：該柔順性可控的仿生手指的控制電路位于手指控制盒（11）中，主要由三運放高共模抑制比放大電路、數模轉換及單片機芯片原理電路、晶振電路、復位電路、電源電路組成；控制電路中的三運放高共模抑制比放大電路，采用的是全橋式的差動電橋，采用差動輸入集成運算放大器能夠抑制來自應變片傳感器信號所伴隨著的共模電壓，將全橋電路的電壓輸出分別接兩個LM324芯片的輸入端3引腳，LM324的11引腳接地，4引腳輸入12V電壓，最終通過運算放大器的1引腳輸出信號；控制電路中的數模轉換及單片機芯片原理電路為，通過三運放高共模抑制比放大電路放大的信號經過AD芯片PCF8591（1）的1管腳輸入該芯片，PCF8591（1）芯片的5管腳，6管腳，7管腳為其I2C總線的地址端，直接將5，6，7，8管腳接地，15管腳和16管腳接電源5V，12管腳、13管腳接地，9管腳為其I2C總線模擬數據端，10管腳為其I2C總線模擬時鐘端，分別接入單片機AT89C52的P1.4和P1.2口，將運算放大器輸出的模擬量轉換為數字量輸入單片機AT89C52處理；AT89C52為單片機芯片，該芯片外接晶振電路，復位電路，電源電路和電源顯示電路；單片機AT89C52的XTAL1端口和XTAL2端口連接晶振電路，晶振電路為單片機提供工作信號脈沖；在單片機RST端，連接復位電路，當接入一個低電平時，單片機會自動復位，程序又從開頭運行，若沒有按復位電路時，單片機RST端是高電平，不會自動復位；單片機VCC端口，連接電源電路，電源電路中使用7805芯片對輸入單片機的電源進行穩壓;單片機的P2.2和P2.3端口連接PCF8591（2）芯片的SDA端口和SLA端口，PCF8591（2）為AD芯片，使用其DA轉換功能，將單片機輸出的數字信號，轉變成模擬信號（電流信號），通過其14管腳輸出，控制電磁線圈電流。