[发明专利]一种气动变刚度软体机械手

说明书

本发明公开了一种气动变刚度软体机械手，包括：基座；多个机械手指总成，其分别固定安装在基座上；其中，机械手指总成包括：掌指关节安装座，其固定安装在基座上，掌指关节安装座的内部具有容置空腔；支架，其一端设置在容置空腔内，并且与掌指关节安装座的底板球铰连接；两个伸缩机构，其分别固定安装在支架上，两个伸缩机构的伸缩端分别靠近支架的另一端设置，并且分别位于支架的两侧；机械手指，其一端与支架的另一端及两个伸缩端分别铰接，另一端为自由端；多个驱动气囊，其围绕支架布置；驱动气囊的一端固定连接在掌指关节安装座的内壁上，另一端固定连接在支架上；其中，驱动气囊通过气管连接气源。

技术领域

本发明属于软体机械手技术领域，特别涉及一种气动变刚度软体机械手。

背景技术

抓持是机器人与外界物体交互的基本形式，传统机器人大多通过刚性机械手实现抓持运动。刚性机械手是通过轨迹规划，作用力反馈等方式保证抓持运动的准确性，在高温、高压、低温、低压、有放射性和毒性的恶劣环境中，可以全部或部分替代人手安全地完成较复杂作业，广泛应用于现代工业生产各个领域。但是，刚性机械手为了获得良好的定位精度，通常通过增加构件的刚度来减少振动，导致其柔顺性和灵活性较差，不易抓取外形多变，表面易碎物体，在应用中容易发生危险。

近年来，随着软体机器人技术的迅猛发展，软体抓持机械手在医疗健康、食品果蔬、人机交互等应用场景中大力推广。由于其不需要复杂的机构和控制算法，能够利用柔顺性更好地适应不同的操作环境，与抓取对象柔性接触，不易发生危险等优势，软体抓持机械手发展迅速。目前普遍使用的软体机械手多采用柔性高分子材料制作，内部存在多个腔体，可以利用结构或者驱动的不对称性实现不同方向的运动。理论上，这种软体机械手存在无限多个自由度，能够实现多种运动形式。但是，这些自由度一般不能独立控制，使柔性机械手的操作准确性大打折扣；同时，近几年广泛应用的软体机械手变刚度的功能还不够完善，适应不同抓取物体的能力较差。人类拥有灵活的双手，其具有24个可以准确控制的自由度，且具有很强的柔顺性和适应能力，是软体机械手理想的仿生原型。

此外，在湿环境中的抓取一直是个难题，因为在湿环境中，抓取目标通常会因为表面的其它介质而较小摩擦力，这会导致抓取失败。而章鱼作为在水中生活的生物，有着极高的抓取成功率，这是因为它的触角上有很多吸盘，可以帮助它牢牢抓取目标物。

发明内容

本发明设计开发了一种气动变刚度软体机械手，本发明的目的之一是利用驱动气囊驱动能够实现机械手指在空间内的三个旋转自由度，由柔性驱动配合刚性传动控制，以提高控制精度。

本发明设计开发了一种气动变刚度软体机械手，其在机械手指上设置有变刚度层和吸附层，本发明的目的之二是通过变刚度能够改变手指的刚度从而适应更多的抓取对象；通过吸附层在机械手指完全贴合抓取物体后，能够实现增加柱状凹槽(吸盘)内外压力差，提高抓取质量。

本发明提供的技术方案为：

一种气动变刚度软体机械手，包括：

基座；

多个机械手指总成，其分别固定安装在所述基座上；

其中，所述机械手指总成包括：

掌指关节安装座，其固定安装在所述基座上，所述掌指关节安装座的内部具有容置空腔；

支架，其一端设置在所述容置空腔内，并且与所述掌指关节安装座的底板球铰连接；

两个伸缩机构，其分别固定安装在所述支架上，所述两个伸缩机构的伸缩端分别靠近所述支架的另一端设置，并且分别位于所述支架的两侧；

机械手指，其一端与所述支架的另一端及两个所述伸缩端分别铰接，另一端为自由端；

多个驱动气囊，其围绕所述支架布置；所述驱动气囊的一端固定连接在所述掌指关节安装座的内壁上，另一端固定连接在所述支架上；