[實用新型]基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手

有效

• 申請號: 201820304288.5
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN208305076U
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 馬志超;嚴家琪;吳佳楠;任露泉;杜希杰;馬筱溪;張紅詔;強振峰;蔣東穎
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J9/00;B25J9/10;B25J9/14;B25J11/00;A61H7/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手，其特征在于：通過壓縮空氣進行驅動，包括并聯柔性驅動單元、觸覺感知單元、超聲驅動單元、壓電振子單元、柔性人工皮膚、仿生手掌，所述并聯柔性驅動單元分布在五個手指上，其中拇指上的并聯柔性驅動單元安裝在拇指安裝座（15）上，其余四個并聯柔性驅動單元安裝在仿生手掌的手掌本體上；觸覺感知單元黏附于手掌掌心平面以及五個手指指尖表面；壓電振子單元安裝于指尖內部；超聲驅動單元安裝于手掌基座（14）的近拇指端，超聲驅動單元中的超聲電機（16）與非接觸式磁性角位移傳感器（18）安裝在近拇指端的手背凹槽內，拇指安裝座（15）安裝于手掌基座（14）的側面并與之貼合；柔性人工皮膚（1）包裹在手掌、手指表面；

所述并聯柔性驅動單元是：指端基座（5）底面加工有三個呈120度環形對稱分布的螺紋孔以及一個靠近圓周邊緣的螺紋孔，三根氣動人工肌肉（7）呈120°環形對稱分布，通過螺紋與指端基座（5）剛性固連；

所述超聲驅動單元是：超聲電機（16）的輸出軸（20）通過與拇指安裝座（15）的孔過盈配合實現超聲電機（16）與拇指安裝座（15）的固連，非接觸式磁性角位移傳感器（18）通過強力膠固連于手掌近拇指端的矩形凹槽內壁上，環狀雙極磁鐵（17）內孔與超聲電機（16）的驅動軸（19）過盈配合；

所述壓電振子單元是：第一、第二彎振模塊（25、26）的軸心均加工有螺紋通孔，從上到下依次與加工有外螺紋的中心立柱（27）通過螺紋副剛性連接，并放置在指端基座（5）的環形凹槽內；第一彎振模塊（25）、第二彎振模塊（26）產生彎振傳播至指端頂蓋（4），且第一彎振模塊（25）產生的彎振和第二彎振模塊（26）產生的彎振在空間上存在的相位差；

所述柔性人工皮膚（1）為通過3D打印制備的一體式變密度軟體結構，可實現柔性牽拉和高彈性回復，能夠緊密包絡于手掌、手指表面；柔性人工皮膚上設有缺口，其包絡于五個手指的指端表面為分布有顆粒狀凸起微陣列結構（2）的非光滑形態表面；使用強力膠將柔性人工皮膚（1）與手掌基座（14）固連。

2.根據權利要求1所述的基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手，其特征在于：所述的并聯柔性驅動單元的指端基座（5）底面中心設有下支撐桿（28）與滑套（29）組成的移動副，滑套（29）可以沿著下支撐桿（28）上下移動；并聯柔性驅動單元的每根氣動人工肌肉（7）由外層的彈簧鋼絲（32）、內層的橡膠管（33）、上連接端蓋（31）、下連接端蓋（34）、管接頭（36）組成，所述上、下連接端蓋（31、34）與橡膠管（33）壓注成一個整體，彈簧鋼絲（32）緊密環繞在橡膠管（33）外表面，彈簧鋼絲（32）的兩端分別與上、下連接端蓋（31、34）焊接；管接頭（36）與流體入口（35）通過螺紋副連接，用于通入壓縮空氣。

3.根據權利要求1所述的基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手，其特征在于：所述的觸覺感知單元外包絡式分布于指尖、掌心的表面；其中，指端頂蓋（4）內表面加工有螺紋，與指端基座（5）通過螺紋剛性固連；通過強力膠將指端柔性薄膜壓阻傳感器（3）、手掌柔性薄膜壓阻傳感器（22）分別黏附于指端頂蓋（4）的球形表面、手掌掌心平面上，微型反射式激光位移傳感器（6）通過螺紋與指端基座（5）固連；通入壓縮空氣，并聯柔性驅動單元軸向伸長，從而帶動指端軸向伸長，當指端壓入人體組織產生接觸變形時，指端柔性薄膜壓阻傳感器（3）利用壓阻效應測量接觸力大小并反饋給控制器；同時，安裝于指端基座（5）上的微型反射式激光位移傳感器（6）測量并聯驅動單元軸向伸長量并反饋給控制器，通過接觸力值與軸向伸長量的比值表征指端按壓的人體組織部位的硬度。

4.根據權利要求1所述的基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手，其特征在于：所述的超聲驅動單元中的超聲電機（16）的輸出軸（20）旋轉輸出扭矩，從而帶動拇指安裝座（15）以及環狀雙極磁鐵（17）實現旋轉運動，非接觸式磁性角位移傳感器（18）通過檢測環狀雙極磁鐵（17）的轉動角度來測量拇指安裝座（15）的精確角位移并反饋給控制器，有利于實現對拇指部位旋轉角度的準確控制。