[发明专利]一种由流体驱动的多指仿人灵巧手

说明书

本发明公开一种由流体驱动的多指仿人灵巧手，由手掌、大拇指、食指、中指、无名指和小拇指及驱动控制系统组成；每根单指均包近指节、中指节、远指节；每根手指的近指节旋转轴与手掌相连接，近指节的另一端与第一指节连接组件相连；驱动控制系统包括输出端和流体驱动模块，流体驱动模块可驱动输出端绕旋转轴旋转，完成手指各关节的运动；所述的流体驱动模块通过管道供应流体，膨胀并产生力，进而带动固定于流体驱动模块外壳上的输出端运动，完成手指关节的运动。本发明可以用较为柔性的方式来实现灵巧手对物体的抓取；模块化设计提高集成性和可替换性，各个指节独立控制，可以实现平面的完整运动；抓取物体更加灵活。

技术领域

本发明涉及一种多自由度仿人灵巧手，属于机器人领域、仿生学领域，具体是一种由流体驱动的多指仿人灵巧手。

背景技术

机器人的末端执行器根据特定的工作任务而设计为不同的形状。在传统工业中，机器人多用两指或三指夹持器作为末端执行器，应用范围窄，自由度少，灵活度低，因此这种简单的机构已经不能满足当前的生产需求。随着科技的发展，灵巧机械手作为一种更加灵活的末端执行器被研究。由于人手作为人体上肢的末端在抓取领域具有无可比拟的优势，因此结合人体的生理学特性的仿人灵巧手不仅具有更多的自由度和柔性，更能像人手一样完成机器所不能完成的运动，更加符合人的特性。灵巧手作为机器人的末端执行器，其运动更加灵活，抓取的稳定性更好。

当前市面上的灵巧手一般采用电机和减速机的机械结构作为动力源，驱动手指进行抓取动作；但是由于二者为刚性连接结构，耐冲击性差，柔性较低，设计机构复杂，成本高。因此本发明设计了一种通过流体驱动的仿人灵巧手，提供较好的接触柔性和集成性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由流体驱动的多指仿人灵巧手，尤其是流体驱动的多自由度仿人灵巧手，以解决现有技术中存在的机器人灵巧手中柔性低、指节传动耦合、自由度少、灵活度低、可替代性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明设计一种由流体驱动的多指仿人灵巧手。其中，通过流体驱动，如气动硅胶、气囊提高接触柔性；通过模块化设计提高集成性和可替换性，各个指节独立控制，每个手指具备3个自由度，可以实现平面的完整运动，将手指末端控制所需的位置和姿态，从而实现5个手指的位姿和姿态；通过探究人体生理学的仿人结构使末端灵巧手更加灵活和复制人手的活动，该结构能实现快速、灵活的物理抓取能力。

一种由流体驱动的多指仿人灵巧手，由手掌、大拇指、食指、中指、无名指和小拇指及驱动控制系统组成；其中每根手指均包括三个指节，实现3个自由度，分别为近指节、中指节、远指节；所述的每根手指的三个指节，通过连接组件连接两个串联的指节；每根手指的近指节旋转轴与手掌相连接，近指节的另一端与第一指节连接组件相连；

所述手掌具有5个“U”形安装槽，每个安装槽用于安装1个手指，每个安装槽两端具有连接孔，用于与每个手指的近指节的旋转轴连接；

通过调整指节、连接组件的长度以调整该部分手指长度；通过调整安装槽的间距以调整整个灵巧手的宽度；

所述的各个指节均包括输出端和流体驱动模块，流体驱动模块可驱动输出端绕旋转轴旋转，完成手指各关节的运动；所述的流体驱动模块包括旋转轴、端盖、外壳、管道及流体展开收缩装置；所述的输出端一端与流体驱动模块的外壳固定；一端与下一级连接组件固定相连；

所述的流体驱动模块通过管道供应流体，流体展开收缩装置供应流体时，流体展开收缩装置会膨胀并产生力，进而带动固定于流体驱动模块外壳上的输出端运动，完成手指关节的运动；

所述的各个指节的关节独立控制，每个关节被一对管道连接，都有两条流体管道连接进流体驱动模块内的流体展开收缩装置的腔体中，完成指节的正转和反转。

进一步的，所述的流体驱动模块，其旋转轴上固定设置有相隔一定角度的两个旋转轴挡板，外壳为中空圆环，向内凸起形成一个外壳挡板，所述外壳挡板的初始位置与两个旋转轴挡板的对称轴线位置重合。