[發(fā)明專利]一種剛?cè)狁詈系亩嘧杂啥阮惾遂`巧手

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011310048.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112405577B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷國(guó)迎;楊后樂(lè);張寧斌;朱向陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J15/00
• 分類號(hào): B25J15/00
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種剛?cè)狁詈系亩嘧杂啥阮惾遂`巧手，包括柔性手指、剛性支撐外殼、剛性掌部關(guān)節(jié)、剛性腕部關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。其中所述的柔性手指、剛性掌部關(guān)節(jié)與剛性腕部關(guān)節(jié)固定于剛性支撐外殼之上，組成靈巧手的物理結(jié)構(gòu)主體。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)接收串口數(shù)據(jù)并根據(jù)串口數(shù)據(jù)向氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器分發(fā)控制信號(hào)，協(xié)調(diào)控制柔性手指、剛性掌部關(guān)節(jié)和剛性腕部關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明與傳統(tǒng)剛性類人手相比造價(jià)便宜，傳動(dòng)簡(jiǎn)單，對(duì)抓取不同物體的適應(yīng)性更高，系統(tǒng)魯棒性更好，與一般軟體類人手相比抓取負(fù)載能力強(qiáng)，抓取更加穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種剛?cè)狁詈系亩嘧杂啥阮惾遂`巧手。

背景技術(shù)

因工傷、意外事故、疾病和戰(zhàn)爭(zhēng)，全世界目前存在數(shù)百萬(wàn)上肢截肢患者。大多數(shù)截肢患者來(lái)自低收入國(guó)家或家庭，自身經(jīng)濟(jì)條件和家庭條件無(wú)力負(fù)擔(dān)他們購(gòu)買當(dāng)前市場(chǎng)上動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)人民幣的類人手，如i-LimbHand、MichelangeloHand等，這類軟體仿人手的成本主要來(lái)自微型精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，且這類類人手由于自身完全由剛性材料構(gòu)成，雖然抓取的穩(wěn)定性和可重復(fù)性高，負(fù)載能力較強(qiáng)，但是由于抓取時(shí)缺乏一定的柔順性，易損壞一些脆弱的生活常見(jiàn)品或食物，給截肢患者帶來(lái)困擾。

軟體類人手一般通過(guò)常見(jiàn)流體如氣體作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，以氣泵和氣閥作為驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，不需考慮復(fù)雜且精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠有效降低生產(chǎn)成本，同時(shí)，軟體類人手具有一定的柔順性，能夠較好的保護(hù)日常生活用品不受損傷。但是，當(dāng)前公開(kāi)的軟體類人手的驅(qū)動(dòng)器大多完全由柔性材料構(gòu)成，自由度較低，負(fù)載能力差，抓取不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種剛?cè)狁詈系亩嘧杂啥阮惾遂`巧手。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種剛?cè)狁詈系亩嘧杂啥阮惾遂`巧手，包括多個(gè)柔性手指1、剛性支撐外殼2、剛性掌部關(guān)節(jié)3、剛性腕部關(guān)節(jié)4以及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中：

多個(gè)柔性手指1、剛性掌部關(guān)節(jié)3以及剛性腕部關(guān)節(jié)4緊固在剛性支撐外殼2上；

多個(gè)柔性手指1具有獨(dú)立的彎曲自由度；

驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制多個(gè)柔性手指1的彎曲、剛性掌部關(guān)節(jié)3的轉(zhuǎn)動(dòng)以及剛性腕部關(guān)節(jié)4的轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述多個(gè)柔性手指1包括設(shè)置在剛性支撐外殼2上的4個(gè)柔性手指和設(shè)置在剛性掌部關(guān)節(jié)3末端的1個(gè)柔性手指。

優(yōu)選地，所述剛性掌部關(guān)節(jié)3包括近掌固定結(jié)構(gòu)、近掌舵機(jī)、減速齒輪、遠(yuǎn)掌固定結(jié)構(gòu)、遠(yuǎn)掌舵機(jī)以及拇指底座，其中：

近掌固定結(jié)構(gòu)緊固于剛性支撐外殼表面，近掌舵機(jī)緊固于近掌固定結(jié)構(gòu)上，通過(guò)減速齒輪將帶動(dòng)遠(yuǎn)掌固定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，提供以手掌縱向延伸方向作為轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)自由度，遠(yuǎn)掌舵機(jī)固定于遠(yuǎn)掌固定結(jié)構(gòu)之上，并控制拇指底座的旋轉(zhuǎn)，提供以手掌橫向延伸方向作為轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)自由度。

優(yōu)選地，所述柔性手指1包括硅膠層、硬質(zhì)限制層以及繞線限制層，其中：

硬質(zhì)限制層和繞線限制層均設(shè)置在硅膠層內(nèi)；

當(dāng)硅膠層內(nèi)氣壓增加進(jìn)行延展時(shí)，硬質(zhì)限制層對(duì)硅膠平面的延展進(jìn)行限制，繞線限制層對(duì)硅膠周向的延展進(jìn)行限制，使得硅膠層的延展展現(xiàn)為柔性手指1的彎曲運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括微型處理芯片，柔性手指控制子系統(tǒng)以及剛性腕部驅(qū)動(dòng)模塊，其中：

微型處理芯片接收串口接收指令，并將指令解碼為控制信號(hào)，控制柔性手指控制子系統(tǒng)和剛性腕部驅(qū)動(dòng)模塊；

柔性手指控制子系統(tǒng)控制柔性手指1的彎曲運(yùn)動(dòng)；

剛性腕部驅(qū)動(dòng)模塊控制剛性腕部關(guān)節(jié)4的轉(zhuǎn)動(dòng)或者自鎖運(yùn)動(dòng)。