[发明专利]一种刚柔耦合灵巧手的可变刚度单指骨架

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合灵巧手的可变刚度单指骨架，包括指尖、中指节和末指节，中指节与指尖以及中指节与末指节之间均通过关节活动连接；关节包括由第一部分、第二部分相互扣合组成的壳体、设置于壳体内的气囊以及设置于壳体外壁且共轴线设置的一组旋转凸台；相互连接的中指节与指尖的其中一个与旋转凸台转动连接，相互连接的中指节与末指节的其中一个与旋转凸台转动连接；壳体上设置有管口；气囊膨胀时，气囊外壁抵靠壳体的内壁以驱动第一部分、第二部分以及旋转凸台沿所述轴线向两侧移动，使得壳体的外壁、旋转凸台抵紧指尖、中指节或末指节。本发明能够实现快速高效地改变软体机器人手指关节的刚度，可以使手指更好地贴合物体，更好地抓取易损物体。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种刚柔耦合灵巧手的可变刚度单指骨架。

背景技术

早在大半个世纪以前，第一台工业机器人已经问世，并且关于刚体机器人的研究体系也已经变得十分成熟。机器人的应用在工业方面取得了全面的发展与推广。随着科技的发展与生活水平的提高，我们希望机器人的应用与推广不单单在工业领域还可以进入生活，得到更加实际的运用。但现在还存在一些问题，比如目前刚体机器人的交互性不强，驱动形式比较单一，大多为电机驱动，这样的驱动方式导致在运动过程中会产生较大的惯性。我们想要解决这一问题，希望机器人可以直接和人、环境进行交互。这类机器人的推广，可以在许多方面得到运用，例如：康复、协助老人、人机协作等。

因此，这些年科学家们一直想要通过设计出软体触手型机器或连续触手型机器人来改善解决这类问题。软体触手型机器人是由柔软的材料制作而成，软体触手型机器人的优点在于它可以实现很多刚体机器人不能完成的运动和动作。例如：扭转、伸展、柔性接触等操作。但是软体机器人牺牲了刚度才换取来高柔性和无限自由度的特点，也正是因为软体机器人缺少了刚度，导致了该类型机器人很难在生活中得到运用。如何能够让软体机器人在不改变其高柔性和无限自由度的特点同时可以快速的提高其刚度，这一直以来就是一个热门话题。

机器人的手指关节是与人交互最为频繁的部位，因此机器人单指关节的变刚问题是目前所要解决的问题。

公告号为CN111185927A的专利说明书中公开了一种柔性灵巧手，该柔性灵巧手包括柔性手掌和安装在柔性手掌上的柔性手指。该柔性手指刚度较差，在生活中较难适用。

公告号为CN111993449A的专利说明书中公开了一种基于形状记忆合金的多自由度柔性灵巧手，包括：腕骨，大拇指、食指、中指、无名指、小拇指及其关节机构；每根手指都包括掌骨及包覆柔性材料的可弯曲段，大拇指的可弯曲段固定在连接件上直接与掌骨连接，利用十字轴关节连接大拇指掌骨与腕骨，实现大拇指正向、侧向摆动的两个旋转自由度，其余四指的可弯曲段固定在连接件上通过转轴关节与掌骨连接，具有侧向摆动的旋转自由度，且四指的掌骨直接固定连接在腕骨上；通过加热布置在可弯曲段内部及手指侧面的形状记忆合金，驱使可弯曲段弯曲变形及关节摆动；贴在手指表面的柔性传感器阵列能检测各指弯曲与摆动角度。此方案中，各手指关节具有灵活的弯曲能力，但是无法快速改变手指关节的刚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚柔耦合灵巧手的可变刚度单指骨架，能够实现快速高效地改变软体机器人手指关节的刚度，可以使手指更好地贴合物体，更好地抓取易损物体。

一种刚柔耦合灵巧手的可变刚度单指骨架，包括指尖、中指节和末指节，所述中指节与指尖以及中指节与末指节之间均通过关节活动连接；

所述关节包括由第一部分、第二部分相互扣合组成的壳体、设置于壳体内且能膨胀的气囊以及设置于壳体外壁且共轴线设置的一组旋转凸台，所述旋转凸台垂直于第一部分、第二部分的扣合面；

相互连接的中指节与指尖的其中一个与旋转凸台转动连接，相互连接的中指节与末指节的其中一个与旋转凸台转动连接；指尖与中指节的转动方向一致；所述壳体上设置有用于为气囊充气的气管伸入的管口；