[发明专利]一种可双向弯曲的模块化多功能软体灵巧手

说明书

一种可双向弯曲的模块化多功能软体灵巧手，包括大手掌、小手掌、硅胶可调连接及安装在手掌上的五根可双向弯曲的手指执行器组成，手掌由两块硬质材料及中间的软体硅胶连接组成，每根气动手指采用模块化设计，由三个软体关节、两个软体的增强型结构的指节和弯曲传感器组成，弯曲传感器粘接在手指执行器的下层。软体关节采用气动网络原理，指节采用等距的增强型结构，二者分别设置气孔与气路连接，在充气时实现独立或耦合的驱动控制。本发明结构简单，可实时监测和控制弯曲角度，掌关节的双向弯曲模块能够实现正向的弯曲和反向的主动伸缩运动；采用多模块的形式，能够实现多自由度的灵活操作，具有更好的手部康复训练效用。

技术领域

本发明属于气动软体机器人技术领域，涉及一种可双向弯曲的多模块软体灵巧手，可应用于柔性自适应抓取及手部康复训练。

背景技术

灵巧手作为仿生学与机器人学结合的产物，具有人手的一些外形特征和功能，可以模拟人手的运动。为了在危险环境或精细操作中代替人手完成任务，需要提高灵巧手的自由度。近年来，由中风等疾病引起的手部功能丧失的患者人数逐年上升。对于这类患者，需要多功能灵巧手作日常生活辅助并进行康复训练。但是现阶段的灵巧手自由度不够，没有很好的区分不同关节的弯曲角度，且大多为整体式弯曲与人手的贴合性不好。

随着柔性机器人和软材料科学的发展，出现了一些采用柔性技术或者软材料的灵巧手结构，比如基于纤维增强原理的软体康复手和仿鱼骨结构的软体灵巧手。专利《一种灵巧手手指及多指灵巧手》(CN201911067818.4)介绍了灵巧手的结构及控制电路的设计；专利《一种一体化成型的软体康复手》(CN201811091905.9)和专利《一种仿鱼骨结构的软体康复手》(CN201811276358.1)介绍了纯柔性的一体化成型的气动康复手指的结构。国外研究学者Panagiotis Polygerinos在论文《Towards a Soft Pneumatic Glove for HandRehabilitation》中提出气动网络结构原理用于康复手；Bobak Mosadegh和PanagiotisPolygerinos在论文《Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly》中提出用于软体执行器的快气网与慢气网结构。现有的灵巧手虽然大多采用硅橡胶等软体材料且制作简单，但是充气后结构会发生整体式弯曲，运动自由度不够，且掌关节只能有弯曲一个自由度，对人手训练的效果不好，不能很好地贴合人手，因此会带来不适感，达不到较好的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可双向弯曲的模块化多功能软体灵巧手，包括软体手指模块化结构的设计及弯曲传感器的布置方案。该灵巧手手指执行器采用模块化结构设计，关节采用气动网络原理，指节采用增强型结构原理，可以在对应的位置实现弯曲或伸长，具有与人手贴合性好的特点。掌关节设计为双向弯曲模块，可实现多自由度的灵活操作并对人手进行训练，且结构简单制作简便、成本低。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可双向弯曲的模块化多功能软体灵巧手，包括大手掌1、安装在手掌上的五根可双向弯曲的气动手指执行器2、小手掌3及硅胶可调连接件4、气动手指执行器2作为气动手指，其中，第一根气动手指执行器2安装在小手掌3上，类比大拇指，其他四根气动手指执行器2安装在大手掌1上，类比其他四指。所述大手掌1和小手掌3由硬质材料制成，二者之间通过硅胶可调连接件4连接，硅胶可调连接件4能够实现尺寸的调节，以适应不同人的手背及手腕。