[发明专利]一种气囊式灵巧手指及灵巧手

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，尤其是涉及一种机器人领域中的机械手。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机器人灵巧手也取得了长足的进步，国内外研究学者对机器人的末端执行器也进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。国外在机器人灵巧手领域的研究开展相对较早，日本、美国、德国的研究学者经过不懈的努力，先后研制出多种类型的灵巧手。日本的研究学者Okada.T早在1974年成功研制了Okada灵巧手，该灵巧手主要通过钢丝绳进行动力的传递，传感器的主要类型有电机位置传感器、关节位置传感器、电机电流传感器。美国斯坦福大学于1983年成功研制出Stanford/JPL多指灵巧手，为了控制手指对物体的作用力，研究人员还提出了力控制和刚度控制模型，并且求出了相应的控制算法。英国的Shadow公司于2004年成功研制出基于气动人工肌肉的Shadow灵巧手，该灵巧手的驱动源主要是由36根气动人工肌肉组合而成，采用钢丝绳将气动人工肌肉的驱动力传递到各个手指的关节，手指的内侧分布着直径为3mm的触觉传感器，其外形和功能都与人手具有极高的相似性。日本东芝公司运用硅橡胶制成的圆柱形软管研制出了Toshiba灵巧手，由于这个手的主要构成材料是橡胶，故具有很好的柔顺性和环境适应性，不会对目标物体造成伤害。

中国专利第201310221036.8号介绍了一种果实采摘机器人三指灵巧手，其中在各手指指腹均设置有橡胶衬垫，该果实采摘机器人三指灵巧手采用柔性的手指指腹，同时利用压力传感器的压力检测和控制器实时控制，可以有效避免在采摘时对果实的损伤。虽然采用了橡胶衬垫来避免对果实的损伤，但是这种橡胶垫的柔性是固定的，面对不同种类的水果，其适应性将会变差。

以上几种具有典型意义的灵巧手，Okada灵巧手虽然灵敏度较高，但是柔性不足，尤其是对于抓取柔性物体；Stanford/JPL多指灵巧手虽然考虑了手指对物体的作用力，但是控制比较复杂；Shadow灵巧手虽然采用了气动人工肌肉，但只是将气动人工肌肉的驱动力传递到各个手指的关节，并没有考虑到手指的柔性；Toshiba灵巧手虽然具有很好的柔顺性和环境适应，但是控制系统相当复杂，同时手指的近指关节、中指关节、远指关节并不分明，对抓取物体灵活程度不高。

目前所研究的灵巧手主要还是基于工业用途，随着机器人技术的不断发展，家庭机器人越来越受到广泛的关注，作为机器人的末端执行机构，必须要适合多种场合。

人手是经过几千年进化才形成了现在的结构，相对于灵巧手而言具有独特的优势。在对人手抓取物体的过程进行研究发现，当人手在操作物体时，人对手指和物体之间接触力的大小并不是很准确，但是人手在接触物体的时候，由于人手皮肤的柔软性，在接触力的作用下，人的皮肤会发生一定的形变，这样人手与物体之间的接触面积就会增加。同时为了能够稳定地抓取物体，人手和物体之间的夹持力将会不断增大，直到能够稳定地抓取物体为止。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，提供了一种一种气囊式灵巧手指及灵巧手，减少灵巧手手指上传感器的使用，提高灵巧手的适应性。

本发明提供的一种气囊式灵巧手指，包括：至少两个指状关节；驱动电机，设置于相邻两个手指关节的连接处，用于驱动手指关节屈曲，其中，手指关节设置有气囊，气囊上设置有用于充气和放气的进气口和出气口。

本发明提供的气囊式灵巧手指，还可以具有这样的特征：其中，指状关节的个数为3即近指关节、中指关节、远指关节。

本发明提供的气囊式灵巧手指，还可以具有这样的特征：其中，气囊粘附在手指关节的内侧。

本发明提供的气囊式灵巧手指，还可以具有这样的特征：其中，气囊包覆在手指关节上。

本发明提供的气囊式灵巧手指，还可以具有这样的特征：其中，气囊的材质为橡胶，且满足：气囊中充入0.1MPa的压缩气体时，气囊相对于未充入压缩气体的初始状态的变形量不超过10％。

本发明提供的气囊式灵巧手指，还可以具有这样的特征：其中，气囊外壁具条纹，用于增大与物体接触时的摩擦力。

本发明还提供一种灵巧手，包括：手掌；至少一个灵巧手指，和手掌连接；气体输送单元，和手指连接；其中，手指为的气囊式灵巧手指，气体输送单元包括气体输送导管，分别同进气口连接，其中输送导管长度有一定的余量用来方便手指运动，输送导管同进气口连通。

本发明提供的灵巧手，还可以具有这样的特征：还包括压力检测器，设置于驱动电机上，用于实时检测手指接触目标物体时的压力。