[發明專利]一種結構解耦驅動的變剛度軟體手

在審

• 申請號: 201711448741.6
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108177156A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 尹海斌;章志大;李騫;李陽
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B25J15/10
• 分類號: B25J15/10;B25J9/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明涉及智能機器人技術領域，具體指一種結構解耦驅動的變剛度軟體手；包括手掌基座，所述手掌基座前端的三個電氣接口上分別安裝有一長二短的三個手指，所述手指包括依次間隔設置的指尖、若干的指節和指根，指尖、若干的指節和指根之間連接有骨架結構；所述手指上設有類肌肉結構和肌肉組織，骨架結構、類肌肉結構和肌肉組織均為SMA合金(形狀記憶合金)材料；本發明結構合理，通過SMA合金驅動手指各部分動作，同時通過電流改變形狀記憶合金的溫度控制其楊氏模量，實現手指的剛度可變以獲得更精確的抓取動作，具有更簡單的結構且沒有機械疲勞和磨損問題，還可以降低機械手與人交互過程中的風險，從而提供了一種軟體手發展的可行性結構模型。

技術領域

本發明涉及智能機器人技術領域，具體指一種結構解耦驅動的變剛度軟體手。

背景技術

傳統機械手由于剛度無法改變以及驅動方式局限等問題，導致其不適用于多種場合，更因磨損導致其使用壽命短，適用抓取對象范圍小、結構笨重且制造難度高、耗能、耗材等他明顯缺陷等，而軟體機械手，是采用軟質材料制造的機械手。與傳統的機械手或抓具相比，它操作細小或易碎物體的能力更強。軟體手充分利用和發揮各種柔性材料包括橡膠、聚合物、智能材料、多功能材料等天然的柔順性，及其非線性、粘彈性和遲滯特性等在軟體手運動和控制中潛在的“機械智能”作用，從而降低控制的復雜度，實現高靈活性和良好交互性，故而對于軟體機械手的使用需求越來越高。隨著材料科學等領域的發展，將材料科學和工程應用相結合，研制出的高質量新型活性智能材料，為更加靈活緊湊的軟體手本體、柔性驅動器和傳感器的研究打下了基礎。就現今存在的軟體手而言，自激式耦合軟體手、耦合拮抗式軟體手兩種結構的軟體手在驅動力與剛度的變化會互相影響，不利于控制軟體手，使得軟體手的適用范圍嚴重減小。因此，現有技術還有待于改進。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種結構合理，分別通過控制SMA合金的楊氏模量改變手指和控制SMA合金的形變，實現驅動解耦的特性，可獲取更加精確的控制抓取效果的結構解耦驅動的變剛度軟體手。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的一種結構解耦驅動的變剛度軟體手,包括手掌基座，所述手掌基座前端的三個電氣接口上分別安裝有一長二短的三個手指，所述手指包括依次間隔設置的指尖、若干的指節和指根，指尖、若干的指節和指根之間連接有骨架結構；所述手指上設有類肌肉結構和肌肉組織，骨架結構、類肌肉結構和肌肉組織的末端通過指根分別與電氣接口連接，骨架結構、類肌肉結構和肌肉組織均為SMA合金材料。

根據以上方案，所述骨架結構為SMA-1合金，SMA-1合金依次與指尖、若干指節和指根的上部固定連接，且SMA-1合金的末端與電氣接口電連接。

根據以上方案，所述類肌肉結構為若干SMA-2合金，若干SMA-2合金相互間隔且對稱設置在SMA-1合金的兩側，SMA-2合金依次可活動地穿過若干指節，SMA-2合金的兩端分別與指尖和指根固定連接，且SMA-2合金的末端與電氣接口電連接。

根據以上方案，所述肌肉組織包括若干SMA-3合金，若干SMA-3合金相互間隔且相互平行地設置在若干SMA-2合金的下方，SMA-3合金依次可活動地穿過若干指節，SMA-3合金的兩端分別與指尖和指根固定連接，且SMA-3合金的末端與電氣接口電連接。

根據以上方案，所述指尖包括上蓋、底座和指套，上蓋與底座通過螺絲固定連接，指套固定在上蓋和底座的前端構成執行部，所述SMA-1合金和SMA-2合金的前端固定在上蓋上，SMA-3合金穿過底座上的通孔構成平行且間隔的雙股回路，且SMA-3合金的兩端分別與電氣接口電連接。

根據以上方案，所述三個電氣接口呈“品”字形分布在手掌基座的前端，手掌基座后端設有外部接口。