[發明專利]一種可雙向彎曲的模塊化多功能軟體靈巧手

有效

• 申請號: 202010765144.1
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112060114B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 劉冬;叢明;杜宇;畢聰;王明昊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大連大華中天科技有限公司
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J13/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種可雙向彎曲的模塊化多功能軟體靈巧手，包括大手掌、小手掌、硅膠可調連接及安裝在手掌上的五根可雙向彎曲的手指執行器組成，手掌由兩塊硬質材料及中間的軟體硅膠連接組成，每根氣動手指采用模塊化設計，由三個軟體關節、兩個軟體的增強型結構的指節和彎曲傳感器組成，彎曲傳感器粘接在手指執行器的下層。軟體關節采用氣動網絡原理，指節采用等距的增強型結構，二者分別設置氣孔與氣路連接，在充氣時實現獨立或耦合的驅動控制。本發明結構簡單，可實時監測和控制彎曲角度，掌關節的雙向彎曲模塊能夠實現正向的彎曲和反向的主動伸縮運動；采用多模塊的形式，能夠實現多自由度的靈活操作，具有更好的手部康復訓練效用。

技術領域

本發明屬于氣動軟體機器人技術領域，涉及一種可雙向彎曲的多模塊軟體靈巧手，可應用于柔性自適應抓取及手部康復訓練。

背景技術

靈巧手作為仿生學與機器人學結合的產物，具有人手的一些外形特征和功能，可以模擬人手的運動。為了在危險環境或精細操作中代替人手完成任務，需要提高靈巧手的自由度。近年來，由中風等疾病引起的手部功能喪失的患者人數逐年上升。對于這類患者，需要多功能靈巧手作日常生活輔助并進行康復訓練。但是現階段的靈巧手自由度不夠，沒有很好的區分不同關節的彎曲角度，且大多為整體式彎曲與人手的貼合性不好。

隨著柔性機器人和軟材料科學的發展，出現了一些采用柔性技術或者軟材料的靈巧手結構，比如基于纖維增強原理的軟體康復手和仿魚骨結構的軟體靈巧手。專利《一種靈巧手手指及多指靈巧手》(CN201911067818.4)介紹了靈巧手的結構及控制電路的設計；專利《一種一體化成型的軟體康復手》(CN201811091905.9)和專利《一種仿魚骨結構的軟體康復手》(CN201811276358.1)介紹了純柔性的一體化成型的氣動康復手指的結構。國外研究學者Panagiotis Polygerinos在論文《Towards a Soft Pneumatic Glove for HandRehabilitation》中提出氣動網絡結構原理用于康復手；Bobak Mosadegh和PanagiotisPolygerinos在論文《Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly》中提出用于軟體執行器的快氣網與慢氣網結構。現有的靈巧手雖然大多采用硅橡膠等軟體材料且制作簡單，但是充氣后結構會發生整體式彎曲，運動自由度不夠，且掌關節只能有彎曲一個自由度，對人手訓練的效果不好，不能很好地貼合人手，因此會帶來不適感，達不到較好的效果。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種可雙向彎曲的模塊化多功能軟體靈巧手，包括軟體手指模塊化結構的設計及彎曲傳感器的布置方案。該靈巧手手指執行器采用模塊化結構設計，關節采用氣動網絡原理，指節采用增強型結構原理，可以在對應的位置實現彎曲或伸長，具有與人手貼合性好的特點。掌關節設計為雙向彎曲模塊，可實現多自由度的靈活操作并對人手進行訓練，且結構簡單制作簡便、成本低。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種可雙向彎曲的模塊化多功能軟體靈巧手，包括大手掌1、安裝在手掌上的五根可雙向彎曲的氣動手指執行器2、小手掌3及硅膠可調連接件4、氣動手指執行器2作為氣動手指，其中，第一根氣動手指執行器2安裝在小手掌3上，類比大拇指，其他四根氣動手指執行器2安裝在大手掌1上，類比其他四指。所述大手掌1和小手掌3由硬質材料制成，二者之間通過硅膠可調連接件4連接，硅膠可調連接件4能夠實現尺寸的調節，以適應不同人的手背及手腕。