[发明专利]一种刚柔耦合可变刚度灵巧手骨架

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合可变刚度灵巧手骨架，包括手掌骨架及与手掌骨架转动连接的单指骨架，单指骨架包含拇指骨架；拇指骨架包括指尖和末指节，其他单指骨架包括指尖、中指节和末指节，中指节与指尖、中指节与末指节以及指尖与末指节之间均通过关节活动连接；关节包括壳体、设置于壳体内的气囊以及穿过壳体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、中指节与末指节以及指尖与末指节均通过旋转凸台转动连接；气囊膨胀时，气囊外壁抵靠旋转凸台的一端以驱动旋转凸台沿轴线向两侧移动，使得旋转凸台的另一端抵紧指尖、中指节或末指节。本发明可以快速改变手指关节的刚度，使整个手更好地贴合物体，抓取更加精细的物体并保证人类的安全性。

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可变刚度灵巧手骨架。

背景技术

传统刚性机器人经历了半个世纪的发展，已经十分成熟，并且随着科技的发展和生活水平的提高，如今机器人的应用不仅运用在工业领域，还可以进入生活，得到更加实际的运用。但由刚性组件、连杆和关节组成的传统机器人操作器通常适应性有限，缺乏顺应性，并且对人类不安全。所以软体机器人就得到了很大的关注，在科学家们不断地努力下，软体机器人领域得到了快速的发展，软体机器人与传统的刚性机器人相比，软体机器人具有超冗余自由度、灵活的运动和操作能力，能够适应复杂多变的各类应用环境和任务。正因为他们的适应性和安全操作，特别是涉及到人类。因此，软体机器人可以在非结构化地形的移动或导航中得到应用，并且成为处理精细物品的机械手和末端执行器。但是，软体机器人也给设计、制造和控制带来了新的挑战。关键挑战之一是建模和控制软体机器人的运动和刚度，因为这一挑战，软体机器人一直无法在生活中得到广泛的应用。如何能够让软体机器人在不改变其高柔性和无限自由特点的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。

机器人的手部是与人交互最为频繁的部位，因此机器人手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可变刚度灵巧手骨架，可以快速改变手指关节的刚度，使整个手更好地贴合物体，抓取更加精细的物体并保证人类的安全性。

一种刚柔耦合可变刚度灵巧手骨架，包括手掌骨架及若干与手掌骨架转动连接的单指骨架，所述单指骨架包含拇指骨架；拇指骨架包括指尖和末指节，其他单指骨架包括指尖、中指节和末指节，中指节与指尖、中指节与末指节以及指尖与末指节之间均通过关节活动连接；

所述关节包括壳体、设置于壳体内且能膨胀的气囊以及穿过壳体壁且共轴线设置的一组旋转凸台；所述旋转凸台能沿所述轴线移动；相互连接的中指节与指尖、中指节与末指节以及指尖与末指节均通过旋转凸台转动连接；所述壳体上设置有用于为气囊充气的气管伸入的管口；

所述气囊膨胀时，气囊外壁抵靠旋转凸台的一端以驱动旋转凸台沿轴线向两侧移动，使得旋转凸台的另一端抵紧指尖、中指节或末指节。