[发明专利]一种仿人手气动软体手爪

说明书

本专利公开了一种仿人手气动软体手爪，包括有：多个手指单元、多个手指关节、掌体以及连接机构。其中手指单元是由柔性材料所制成的柱状结构，在其内部有两个平行分布且高度不等的圆柱状腔室，分别为第一腔室和第二腔室，在其外表面缠绕着两组螺旋状排列的约束纤维，用来限制手指单元的横向膨胀。手指关节是一个由较硬硅胶材料制成的圆环状结构，可改变手指单元的弯曲角度。掌体和人的手掌形状类似，是一个中空的腔体，内置若干气管和电磁阀，用来控制手指单元的运动。连接机构由刚性材料制成，可实现手指单元的上、下运动和左、右运动。掌体通过若干个连接机构与多个手指单元连接。本专利实现了软体材料和刚性材料的结合，通过气体来驱动手指的弯曲和多姿态运动，极大程度上还原了人手的运动状态，实现对物体的有效抓取。

技术领域

本技术属于软体机器人技术领域，涉及一种仿生气动手爪装置。

背景技术

近年来，软体机器人成为机器人领域的一个新兴且极具前景的研究方向。软体机器人是仿生机器人研究的延续，模仿自然界中的软体动物，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，由于其出色的灵活性和适应性，在军事、探测、医疗等领域具有广泛的应用前景。

目前大多数软体机器人均采用柔性材料制作，如：硅橡胶、形状记忆合金SMA、电活性聚合物EAP等。这些材料的快速发展，在很大程度上也加快了软体机器人的发展。软体机器人相比于传统的刚性机器人，在其驱动方式上也有很大的改进，大多采用气动驱动，通过气动的压力来改变软体机器人的弯曲动作和刚度调节。

最近几年，研究人员主要将软体机器人技术应用到人机交互、医疗康复中，取得了显著的效果。但是，由于软体机器人的基体整体上采用柔性材料制作而成，其在抓取功能上存在不足，抓持力一般，一些特定领域无法胜任。

发明内容

本技术的目的是提供一种自由度多，动作灵活，抓取物品方便的仿人手气动软体手抓。

本技术所述的一种仿人手气动软体手抓，包括掌体和多个手指单元，所述掌体通过连接结构与每个手指单元连接；连接结构包括水平转动座、竖直转动座；水平转动座通过第一枢轴与掌体转动连接，水平转动座上有位于在第一枢轴左右两侧的左通气孔、右通气孔，左通气孔、右通气孔分别与左通气管、右通气管相连；竖直转动座通过第二枢轴与水平转动座转动连接，竖直转动座上有位于在第二枢轴上下两侧的上通气孔、下通气孔，上通气孔、下通气孔分别与上通气管、下通气管相连；

手指单元是柔性材料制成柱状结构，其外表面缠绕着两组螺旋方向相反的螺旋状排列的约束纤维，内部有沿着手指单元轴向延伸但延伸高度不相等的第一腔室、第二腔室；

手指单元的端部与竖直转动座相连；竖直转动座上开有与第一腔室、第二腔室相通的第一通气孔、第二通气孔，第一通气孔、第二通气孔分别与第一通气管、第二通气管相连。

本专利的有益效果：

当给所述竖直转动座的上通气孔充气时，所述竖直转动座的上端受到一个推力，竖直转动座和连接该竖直转动座上的手指单元将会绕第二枢轴向下转动；当给所述竖直转动座的下通气孔充气时，竖直转动座下端受到一个推力，所述竖直转动座和手指单元将会绕所述第二枢轴向上转动。

当给所述竖直转动座的左通气孔充气时，所述手指单元的左端受到一个推力，所述手指单元将会绕所述第一枢轴向右转动；当给所述竖直转动座的右通气孔充气时，所述手指单元的右端受到一个推力，所述手指单元将会绕所述第一枢轴向左转动。

当给一个手指单元的第一腔室和第二腔室同时充气时，腔室内的压力变大，由于其材料的柔韧性和外围约束纤维的限制，所述手指单元将会伸长并形成弯曲。如果所述第二腔室的高度大于所述第一腔室的高度，第二腔室这侧的弯曲程度大于第一腔室这侧，所述手指单元向所述第一腔室这侧弯曲。

这样，该仿人手气动软体手爪即可多自由度灵活转动弯曲，方便抓取物品，实现类似人手功能。