[发明专利]多气动肌肉协同驱动的仿甲壳类节肢动物手指

说明书

本发明是一种多气动肌肉协同驱动的仿甲壳类节肢动物手指，涉及机器人、自动化和物流等装备，以及康复、假肢等医疗器材的相关技术领域。手指由二至十个甲壳状指节组成，手指指尖带有可拆卸的指甲；相邻指节之间的柔性关节转动靠气动肌肉驱动，同一手指上所有柔性关节轴心线相互平行，每根气动肌肉连接一个气路或者同一手指上多根的气动肌肉合并为一个气路或者所有手指上的气动肌肉合并为一个气路。每个所述气路均有一个驱动单元，所有单元均采用高速开关阀协同控制。本发明的手指接触点的位置和接触力大小均控制方便，灵活性高；柔性连接的指节及多指节的同时接触状态，能够降低接触力，实现柔性抓取效果；同时，手指的结构刚性好，抗扭转刚度大。

技术领域

本发明是一种多气动肌肉协同驱动的仿甲壳类节肢动物手指，涉及机器人、自动化和物流等装备，以及康复、假肢等医疗器材的相关技术领域。

背景技术

针对食品、轻工行业的原料、半成品、成品，以及电商领域的内包装货品等抓取对象，其复杂性归纳为物形(尺寸变化大、形状差异大)和物性(软硬韧脆)的特征。围绕物形适应性、物性可靠性和抓取快捷性，需要灵巧的末端执行器，配上多自由度机械臂，用于分拣、包装等流程，尽可能满足对食品、生活必需品的无人化生产与供给的需求。

目前，工商业中机器人、自动化和物流等装备上普遍使用的是末端夹持器，夹持部分不是手指结构，没有自由度或自由度数量少，因此灵活性差、适应性低，不能满足复杂抓持对象的、通用性应用场景的需要。

现有的软体气动手指由可承受大应变的柔软材料制成，具有无限多自由度和连续变形能力，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸，所以它能改变构型、使其到达工作空间内的任意一点。由于对压力的低阻抗，软体机器人可通过柔顺变形的方式与接触物体相容，从而大幅度降低接触力，使其在抓取柔软、易碎物体方面有很好的应用潜力。软体气动手指结构刚性差，抗扭转刚度很低，并为贴体包裹接触，接触力分布难以调整。

发明内容

本申请针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种多气动肌肉协同驱动的仿甲壳类节肢动物手指，由二至十个甲壳状指节以及多个气路单元组成，手指指尖带有可拆卸的指甲，相邻指节间的柔性关节靠气动肌肉驱动，所有柔性关节轴心线平行；气动肌肉为带气管接头的弹性波纹管气囊，每根气动肌肉或同一手指上多根的气动肌肉连接一个气路，或者多根手指上的气动肌肉连接一个气路。气动系统中所述每一个气动肌肉的单个气路或多个气动肌肉的合并气路均采用包含相同或不同气动元件、气路原理的气路单元驱动，多个气路单元并联，多指节手指、多手指机械手的各气路单元均采用高速开关阀协同控制，接触点的位置和接触力大小控制方便，灵活性高、适应性强。

本发明所采用的技术方案如下：

多气动肌肉协同驱动的仿甲壳类节肢动物手指，所述手指由二至十个甲壳状指节组成，每个指节带有可拆卸的指甲；相邻指节之间的柔性关节转动靠气动肌肉驱动，同一手指上所有柔性关节轴心线相互平行且共在一个平面上，每根气动肌肉连接一个气路或者同一手指上多根的气动肌肉合并为一个气路或者所有手指上的气动肌肉合并为一个气路。

进一步的，手指中，端指节盖和端指节座靠螺钉连接成端指节，长指节盖和长指节座靠螺钉连接成长指节，短指节盖和短指节座靠螺钉连接成短指节，每种指节盖与指节座上均有半环形肋板，半环形肋板的纵截面形状与气动肌肉的弹性波纹管气囊波节的纵截面形状完全吻合，装配后指节盖与指节座二个半环形肋板形成整个环形肋板，整个环形肋板的轴心线与气动肌肉的弹性波纹管气囊的轴心线同轴的，因此各指节和弹性波纹管气囊连接在一起；端指节座、长指节座和短指节座中相邻二指节座靠活页铰链形成铰链连接，弹性波纹管气囊充气膨胀后受活页铰链约束，使相邻二指节座之间产生相对转动；软橡胶粘贴在各指节座上缓存接触被抓物体，根部安装板固定手指在最上端的端指节座上，根部安装板安装在手掌或执行器的指根末端上；指甲固定在手指最下端的端指节座上，用于捏取被抓物体。

进一步的，端指节盖和端指节座、长指节盖和长指节座、短指节盖和短指节座分别配对形成指节，均为塑料件，均采用注塑成型加工。