[實用新型]一種自感知雙腔多自由度氣動柔性仿生手指

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720818064.1
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN206913152U
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚建濤;張弘;陳俊濤;閆永超;勾栓栓;許允斗;趙永生
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: B25J9/14
• 分類號: B25J9/14
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)13116
• 代理人: 崔鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種機械手，特別是一種仿生手指。

背景技術(shù)

機械手作為機器人的末端執(zhí)行部件，從機器人技術(shù)廣泛發(fā)展開始就成為科研人員的重點研究對象。隨著科技發(fā)展和社會進步，工業(yè)產(chǎn)品裝卸與裝配、軍事機器人、農(nóng)業(yè)機器人、傷殘人員和服務(wù)機器人中需要大量的柔性機械手，來完成類似人手的功能，代替人實現(xiàn)靈巧操作。評價柔性機械手的性能指標主要是柔順性、靈活性和控制性能。從驅(qū)動方式上柔性機械手可以分為：電機驅(qū)動、氣液驅(qū)動和功能材料驅(qū)動等，其中電機驅(qū)動機械手控制性能較好；氣液驅(qū)動柔性機械手柔順性較好，并且由于氣動氣源方便、重量輕，所以氣動在輕型柔性機械手中應(yīng)用廣泛；功能材料驅(qū)動是采用形狀記憶合金、超聲波、高分子聚合物和功能性液體驅(qū)動，在要求機械手小巧輕便的場合中有其獨特的優(yōu)勢。

目前這些類型的柔性機械手很難同時滿足柔順性、靈活性和控制性能的要求，如電機驅(qū)動機械手控制性能較好但柔順性差，氣動柔性機械手柔順性較好但抓取精度低，難以實現(xiàn)精確位置控制和力控制，功能材料驅(qū)動機械手靈活性較差，抓取能力有限。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供了一種柔順性好、靈活性高、能夠提高精度控制和力控制的自感知雙腔多自由度氣動柔性仿生手指。

本實用新型包括氣動柔性手指基體、柔性多維形變傳感器、右氣動空腔和左氣動空腔，采用常規(guī)方法用柔性硅橡膠在模具中分步澆注一體而成，其中，柔性基體的頂部為多段半圓柱面構(gòu)成的褶皺結(jié)構(gòu)，氣動柔性手指基體的底面為平面并設(shè)有凹槽，柔性三維形變傳感器嵌入在基體底部的凹槽中；氣動柔性手指基體的上面設(shè)左右兩個氣動空腔，左、右氣動空腔的一端為封閉端，其另一端右氣動空腔設(shè)右進氣管接口，左氣動空腔設(shè)左進氣管接口；柔性多維形變傳感器引出兩條接引線接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述兩個進氣管接口通過壓力控制系統(tǒng)接空氣壓縮機。

所述頂部褶皺結(jié)構(gòu)的個數(shù)和長度、內(nèi)部雙腔形狀尺寸、柔性多維形變傳感器實現(xiàn)形式且位置大小均根據(jù)需要進行調(diào)整。

可以將多個柔性手指安裝在一個基座上組裝成一個柔性靈巧機械手，在抓取物體之前根據(jù)物體形狀設(shè)定每個手指的變形量，各個柔性三維形變傳感器將手指實際變形信息反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再通過壓力控制閥調(diào)節(jié)各個手指的變形，直至柔性機械手運動到合適的姿態(tài)以實現(xiàn)精確穩(wěn)定抓取。

本實用新型的工作原理如下：當通過壓力控制閥對左氣動空腔通入壓力氣體，右氣動空腔接通大氣壓時，柔性手指向右彎曲；當通過壓力控制閥對右氣動空腔接通壓力氣體，左氣動空腔接通大氣壓時，柔性手指向左彎曲；當兩氣動空腔同時通入相同壓強的壓力氣體時，柔性手指向下彎曲。柔性多維形變傳感器可將柔性手指的形變數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進而控制壓力控制閥不斷調(diào)節(jié)通入氣動空腔的氣體壓力，直到手指到達指定的形變?yōu)橹埂?/p>

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果如下：

1、形狀、尺寸和柔度可根據(jù)使用要求而改變，并由于采用的硅膠材料耐酸堿，故其可用于各類酸堿、潮濕等特殊環(huán)境，能夠在惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定的工作；

2、氣動柔性手指內(nèi)部的雙腔結(jié)構(gòu)使得其不僅能夠上下彎曲，而且能夠左右擺動，增加了手指的自由度，提高了手指的靈活性；該氣動柔性手指構(gòu)成的柔性機械手安裝方便，柔順靈巧，力學(xué)性能和生物肌肉相似，不會對抓取物造成破壞，可廣泛用于對易損物體的自動化抓?。?/p>

3、將三維形變傳感器嵌入在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中并一體成型，保證了自感知功能的可靠性，并且通過利用多維形變傳感器的反饋信息，可對柔性機械手的抓取動作實現(xiàn)閉環(huán)控制，保證了對物體的精確穩(wěn)定抓取。

附圖說明

圖1為本實用新型的主視示意簡圖。

圖2為本實用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-氣動柔性手指基體、2-柔性多維形變傳感器、3-右氣動空腔、4-右進氣管接口、5-左氣動空腔、6-左進氣管接口。

具體實施方式

在圖1所示的自感知雙腔多自由度氣動柔性仿生手指示意圖中，氣動柔性手指基體1外形總長度為80mm，其頂部為多段直徑為20mm的半圓柱面構(gòu)成的褶皺結(jié)構(gòu)，氣動柔性手指基體的底面為平面并設(shè)有凹槽，柔性三維形變傳感器2嵌入在柔性基體底部的凹槽中；氣動柔性手指基體的上面設(shè)有右氣動空腔3和左氣動空腔5，左、右氣動空腔的一端為封閉端，其另一端右氣動空腔設(shè)右進氣管接口4，左氣動空腔設(shè)左進氣管接口6；柔性多維形變傳感器引出兩條接引線接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述兩個進氣管接口和通過壓力控制系統(tǒng)接空氣壓縮機。整個仿生手指采用常規(guī)方法用柔性硅橡膠在模具中分步澆注一體而成。