[发明专利]一种气囊式灵巧手指及灵巧手在审
申请号: | 201510957427.5 | 申请日: | 2015-12-18 |
公开(公告)号: | CN105364939A | 公开(公告)日: | 2016-03-02 |
发明(设计)人: | 汪中厚;刘欣荣;顾坤隆;张文学;张艺 | 申请(专利权)人: | 上海理工大学 |
主分类号: | B25J15/08 | 分类号: | B25J15/08;B25J17/00 |
代理公司: | 上海德昭知识产权代理有限公司 31204 | 代理人: | 郁旦蓉 |
地址: | 200093 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 气囊 灵巧 手指 | ||
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。
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