[发明专利]一种微管道的软体夹持手指

说明书

技术领域

本发明涉及软体夹持手指，尤其是一种微管道的软体夹持手指。

背景技术

工业领域的机器人大多基于刚性结构，包括金属骨架、电机、传统的机械夹持器，和机械关节等。可以高效执行需要高精度、快速运动、或高强度的任务。然而，这些刚性机器人往往重量大、价格昂贵、控制方式复杂。虽然近年来出现了一些轻量化的机器人夹持器设计，且能够进行精细的操作，但是仍然易使被夹件受到冲击或挤压损伤。不论是机械关节的研发，还是传感器的高效应用，都不能从根本上解决夹持器易造成机械损伤的问题。

常见的机械手夹持器应用十分广泛，种类繁多，精巧的机构设计能使其结构简单、紧凑，重量轻，效率高。一般的工业产品可以使用该种夹持器进行抓取作业。而对于极易破碎的产品，或价格昂贵的工艺品，使用普通机械手夹持器不可避免的会对该类物品造成损伤，且对于不同复杂形状的被夹件，机械手夹持器往往需要对应的特殊设计。自然界中，象鼻、章鱼触手等通过弯曲，缠绕于物体表面来抓取物体的方式具有高度的灵活性，且尽可能地减少了物理损伤。

发明内容

为了克服已有机械夹持方式的灵活性较差、存在机械冲击导致物理损伤的不足，本发明提供一种灵活性较好、避免物理损伤的微管道的软体夹持手指。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微管道的软体夹持手指，包括用于通过自身形变来适应被夹件形状及提供夹持力的弹性手指部分和用于控制弹性手指内气室压强的微流控制部分，所述弹性手指部分包括手指本体和塑形条，所述手指本体为弹性材料制作的本体，所述手指本体呈长方体，所述塑形条纵向布置在所述手指本体的两侧，每一侧的上下各布置一根塑形条；所述手指本体的中部布置气室，所述气室包括直四棱柱气室和直三菱柱气室，从横向截面上看，气室呈上下对称设置，且上层气室或下层气室均为直四棱柱气室和直三菱柱气室间隔布置；从纵向截面上看，同一排的直四棱柱气室和直三菱柱气室前后等间隔设置；所述微流控制部分包括微管管道和微气流驱动器，所述微管管道穿过所述手指本体并与各个直四棱柱气室和直三菱柱气室连通。

进一步，所述夹持手指还包括力反馈部分，所述力反馈部分包括触觉传感器和控制器，所述触觉传感器安装在所述手指本体的工作接触面，所述触觉传感器与所述控制器连接。

再进一步，所述触觉传感器呈阵列式分布在所述工作接触面上。

更进一步，所述直四棱柱纵向剖面呈等腰梯形，所述直三棱柱的横向剖面呈等腰三角形。

优选的，同一排中，所述直四棱柱气室比直三菱柱气室多一个，位于两侧的直四棱柱气室靠近所述塑形条。

所述塑形条的横截面呈圆形。

本发明的技术构思为：基于弹性材料形变原理设计而成，使用微流气体驱动和控制，能够高度灵活地在空间中运动，并且能够尽可能地增大与复杂形状被夹件的接触面积，同时由于是柔软的弹性材料，作用于被夹件上的力无刚性冲击且分布趋于均匀。

所述弹性手指部分包括：主体形变材料及塑形材料的选择，考虑到在气室内压强变化的驱动下，该手指需要产生足够的形变来保证夹持力，同时避免自身扭结及过度形变影响初始形状的恢复。其次，气室形状及排布方式的设计，所述气室形状需保证单个气室在压强变化下能够产生需要的形变，考虑到实际作业中手指不需要如同章鱼触手那么多的自由度，所以依据夹持力作用方向和适应复杂形状方向来设计气室排布方式，同时考虑不影响塑形。每一个气室通过对应的微管与气动驱动连接，为简化控制，结合实际作业动作的考虑，某些气室可以使用同一条微管控制，即在这些气室同步形变时不影响夹持动作。

所述微流控制部分包括：考虑到气体质量轻、反应迅速，采用微气流介质。首先建立单个气室与手指材料形变的力学关系，在此基础上，建立空间区域内气室群气压变化与手指弯曲程度的物理模型，因每一个气室对应独立的微管控制，即可得到微管群与该弹性手指某一区域形变的关系。

所述力反馈部分包括：使用触觉传感器确认弹性手指在主要接触面上都达到了夹持力要求。而且，与上述微流控制部分结合，控制手指向着增大接触面积的方向发生形变，达到自适应复杂形状被夹件表面的目的。所述触觉传感器需均布于整个手指设计的接触面上，在开始接触被夹件时，反馈未接触的区域，控制器驱动相应区域内的气室使得接触面积增加。

本发明的有益效果主要表现在：

1)该夹持手指全部使用柔性材料，对被夹件无任何刚性冲击；