[发明专利]一种多指节变刚度软体手指

说明书

本发明提出的一种多指节变刚度软体手指，属于软体机器人技术领域，包括电机、腱绳、牵绳滚轮、基座、负压装置和手指本体；手指本体一端固定于基座上，另一端为自由端，该手指本体由若干个首尾层叠粘附的变刚度指节组成，各变刚度指节分别通过导气管与负压装置连通，各变刚度指节均分别由软基体和封装在该软基体内部的刚度调节介质组成，位于各变刚度指节同一面的两侧分别间隔设有导线管；电机的转动轴带动牵绳滚轮同步旋转；随着牵绳滚轮的转动，腱绳缠绕或松开于牵绳滚轮表面并带动手指本体模拟手指的弯曲与伸直。本发明具有刚柔可控的特点，且抓取构型多变，工作效率高、操作简单、抓取稳定、适应性强，适用于软体机器人的多种抓取操作过程。

技术领域

本发明涉及一种多指节变刚度软体手指，属于软体机器人技术领域。

背景技术

近十几年来软体机器人技术迅速发展，不同于由连杆和运动副构成的传统机器人，软体机器人是模仿自然界中的软体动物，由可承受大应变的柔软材料制成，具有较大的柔韧性和连续变形的能力，环境适应性较强，软体机器人是机器人技术研究的全新方向，弥补了传统机器人在某些功能上的缺陷，很多方面都有其用武之地，发展前景一片光明。

作为末端执行器的软体手也受到国内外研究人员的广泛关注。传统的刚性机械手，一般由刚性模块通过运动副连接构成，具有运动精确的优点，但刚性结构的环境适应性较差，缺少柔顺性，不适用抓取如玻璃杯或草莓这样易碎或柔软的物品。与现有的刚性机械手不同，软体手具有更高的柔顺性以及操作的安全性。现对目前已经研制出的几类软体手进行分别说明：

1、由硅橡胶材料制成、使用气体驱动的软体抓手，部分已经使用到生产线上，具有柔顺性好、控制简单等优点，由于其采用气体驱动方式，虽结构简单，控制操作容易，但其存在控制不精确、抓取力不够以及刚度不可变等不足，需要进一步的改进和提升。

2、基于阻塞变刚度方法的末端执行器，阻塞变刚度方法主要分为颗粒阻塞和层阻塞两种，利用颗粒阻塞技术，研究人员已经设计出了很多令人印象深刻的结构，实现了许多刚度不可变软体机器人所不能实现的功能。如由颗粒阻塞原理制成的“哆啦A梦”手，圆球状可变外形加上负压装置使得其能良好的适应对各种物体的抓取，抓取力较大且具有可变刚度的特点，但其不可精确控制就增加了控制操作抓取的难度。

3、由腱绳驱动的软体手，目前该类软体手所采用的软体材质相对较硬，需要提供较大的驱动力才能满足控制精度；由于所采用的软体材质相对较硬，导致缺少刚度变化的过程，从而降低了抓取物体过程中软体手的柔顺性。

发明内容

本发明的目的是解决现有的气动软体手抓取不稳定和控制精度不高等问题，提出一种多指节变刚度软体手指。采用电机与负压装置协同控制，电机驱动腱绳来构造手指形状，并通过负压装置来定型，实现刚柔可控的性能，抓取范围大；仅用一个电机来驱动多个变刚度指节，无需复杂的传感和控制系统；本发明还具有多种可变的抓取构型，可以适应对不同物体的抓取操作。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种多指节变刚度软体手指，其特征在于，包括电机、腱绳、牵绳滚轮、基座、负压装置和手指本体；所述手指本体一端固定于所述基座上，所述手指本体另一端为自由端，该手指本体由若干个首尾层叠粘附的变刚度指节组成，各变刚度指节分别通过导气管与所述负压装置连通，各变刚度指节均分别由软基体和封装在该软基体内部的刚度调节介质组成，位于各变刚度指节同一面的两侧分别间隔设有导线管；所述电机和牵绳滚轮均固定在所述基座上，所述电机的转动轴带动牵绳滚轮同步旋转；所述腱绳一端穿过所述牵绳滚轮后从指根处依次穿过位于各变刚度指节一侧的导线管并在指尖穿出，然后反向依次穿入位于各变刚度指节另一侧的导线管后穿过牵绳滚轮、与腱绳另一端形成闭环，随着牵绳滚轮的转动，腱绳缠绕或松开于牵绳滚轮表面。

进一步地，所述软基体为采用热塑性聚氨酯塑料薄膜或硅橡胶形成的封闭空间。

进一步地，所述刚度调节介质为表面涂有热熔胶薄层的层叠复印纸。