气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指制造技术

一种气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指，包括圆柱形柔性手指基体和圆台形柔性连接基体；所述柔性手指基体沿轴向设有四个沿圆周均匀分布的气动空腔；在所述柔性手指基体的轴心装有弯曲内芯并在端部设有管接口；在所述气动空腔四周设有四组沿圆周均匀分布的微敏感通道；所述微敏感通道包括一组弧形分布微敏感通道和一组直线分布微敏感通道，微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或液态敏感压阻元件；所述柔性灵巧手指的指跟部设有四个胶管接口，对应于个气动内腔。本发明专利技术具有结构简单，重量轻，清洁安全，工作空间大、控制精确高等优点，能够保证多自由度柔性机械手指在工作时具有较大的精度，可在工农业生产、国防安全及医疗康复等多个领域中广泛的应用。

Pneumatic self sensing redundant flexible hand with multiple degrees of freedom

A pneumatic self sensing redundant multi degree of freedom flexible dexterous fingers, including a cylindrical flexible finger matrix and cone shaped flexible connection substrate; the flexible substrate is provided with four fingers along the axial direction evenly distributed along the circumference of pneumatic cavity; a curved inner core at the axis of the flexible substrate and the finger is arranged on the end of the tube interface; in the air around the cavity is provided with four groups evenly distributed along the circumference of the sensitive micro channel; the micro channel includes a set of radial distribution of sensitive micro sensitive channels and a group of linear distribution of micro channel micro channel sensitive, sensitive internal filling liquid gallium indium tin alloy or liquid sensitive piezoresistive element; the flexible dexterous finger heel is provided with four tube interface, corresponding to a pneumatic cavity. The invention has the advantages of simple structure, light weight, safe and clean working space, control precision is high, to ensure the multi degree of freedom flexible mechanical finger with greater accuracy when working, and can be widely used in the fields of industrial and agricultural production, national security and medical rehabilitation in.

【技术实现步骤摘要】
气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指
本专利技术属于智能机器人领域，更具体的说，本专利技术涉及一种气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指。
技术介绍
机器手作为机器人末端操作的核心元件，从广义的机器人技术的发展开始，就被广泛的研究。按机器手组成材料方面的特性可将其分为以下几类：在工业搬运中已经广泛使用的刚性机械手、仿人式的刚柔混合机械手及纯柔性灵巧手。传统刚性机械手的优点为其刚性的结构及其成熟的基础运动学、动力学理论数学模型，刚性的结构可承载较大的力，而成熟的理论基础便于对其运动进行控制。刚柔混合机械手即为兼有刚性结构与柔性结构的机械手，可驱动刚性结构带动柔性结构进行运动，使整体具有一定的柔顺性，同时还具备刚性结构的特点；另外也可驱动柔性材料来带动刚性结构，刚性结构在其中起支撑作用，这样在一定程度上，保持了结构的整体刚性及确定的运动。纯柔性灵巧手主要在于其柔性材料的多自由度，具有高度的柔顺性及适应性，能够适应抓取物的形状，不会对抓取物造成损伤。纯柔性灵巧手目前的研究方向主要为流体驱动及一些新材料驱动，而气动作为流体驱动分支中的一种，由于其重量轻，使其广泛的应用在轻型柔性灵巧手中，能够制造出重量轻，成本低，高柔顺的多自由度灵巧手。尽管如此，气动灵巧手仍然存在着一定的问题，其抓取力度不够，且抓取时对目标的适应性不强，安全性较低。针对这种情况，研究出弯曲受力自感知柔性手指，其能够克服气动灵巧手指中传感器安装困难，难以形成闭环控制的缺点，将力检测装置嵌入到手指结构中，可实现手指运动的闭环控制，提高抓取的安全性和可靠性。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺点，本专利技术提出了一种新型的基于气动的自感知冗余多自由度柔性灵巧手指，它具有良好的柔顺性，控制精度高，能实现多自由度的运动，且易于模块化，可用于构建气动多指柔性手。本专利技术采用的技术方案如下：一种气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指，包括圆柱形柔性手指基体1和与所述圆柱形柔性手指基体1等圆的圆台形柔性连接基体2；所述柔性手指基体1沿轴向设有四个沿圆周均匀分布的气动空腔3，所述气动空腔3为圆柱形，在靠近柔性连接基体2的一端呈开口状，另一端呈封闭状；在所述柔性手指基体1的轴心装有弯曲内芯4并在端部设有管接口16；在所述气动空腔3四周设有四组沿圆周均匀分布的微敏感通道5；所述微敏感通道5包括一组弧形分布微敏感通道6和一组直线分布微敏感通道7；所述弧形分布微敏感通道6包括数个轴向弧形分布直通道9和在柔性手指基体1两端部的数个弧形分布连接通道10，弧形分布直线通道9与弧形分布连接通道10依次连接，形成一条从第一弧形分布微通道端口8至第二弧形分布微通道端口11贯通的蛇形分布的弧形分布微敏感通道，弧形分布微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或液态敏感压阻元件，并在通道两端口处各引出一根信号检测导线；所述直线分布微敏感通道7包括数个轴向直线分布直线通道13和在柔性手指基体1两端部的数个直线分布连接通道14，直线分布直线通道13与直线分布连接通道14依次连接，形成一条从第一直线分布微通道端口12至第二直线分布微通道端口15贯通的蛇形分布的直线分布微敏感通道，直线分布微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或液态敏感压阻元件，并在通道两端口处各引出一根信号检测导线；所述柔性灵巧手指1的指跟部设有的四个胶管接口16，对应于4个气动内腔。所述柔性手指基体1和柔性连接基体2的结构均采用柔性硅橡胶或高弹性材料；所述弯曲内芯4采用比柔性手指基体1材料刚度大的硅橡胶或高弹性材料。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的一种气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指，与现有技术相比具有这样的有益效果：本专利技术与当前的刚性结构机械手相比，可柔顺的抓取不同形状的物体，并且对物体施力均匀，不易对抓取物造成破坏，可广泛的应用于对易损物的自动化抓取中。此外，通过在柔性手指的四个气动内腔中通入不同压力的气体，形成压力差，使柔性手指可弯曲向任意方向，并通过安装有柔性弯曲内芯来增加手指的弯曲程度，使得该柔性手指能够获得更广泛的自由度与弯曲情况，增加了传统柔性手指的工作空间。本专利技术将力与位置检测装置嵌入到手指结构中，与手指基体成型为一体，保证了手指自感知功能的可靠性，并能够实现手指运动的闭环控制，提高抓取的精度，保证了抓取的可靠性。综上所述，本专利技术具有结构简单，重量轻，清洁安全，工作空间大、控制精确高等优点，能够保证多自由度柔性机械手指在工作时具有较大的精度，可在工农业生产、国防安全及医疗康复等多个领域中广泛的应用。附图说明图1为本专利技术气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指的外部结构示意图；图2为图1中组成零件2的结构示意图；图3为图1中由零件2向零件1方向的正视图；图4为图1中组成零件1的结构示意图；图5为本专利技术气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指中弧形微敏感通道的局部放大图；图6为本专利技术气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指中直线形微敏感通道的局部放大图。图中：1、柔性手指基体；2、柔性连接基体；3、气动空腔；4、弯曲内芯；5、微敏感通道；6、弧形分布微通道；7、直线形分布微通道；8、第一弧形分布微通道端口；9、弧形分布直线通道；10、弧形分布连接通道；11、第二弧形分布微通道端口；12、第一直线分布微通道端口；13、直线分布直线通道；14、直线分布连接通道；15、第二直线分布微通道端口；16、进气管接口。具体实施方式下面结合附图对本专利技术加以详细说明。本专利技术的一种气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指，如图1—4所示，包括圆柱形柔性手指基体1和与所述圆柱形柔性手指基体1等圆的圆台形柔性连接基体2，所述柔性手指基体1柔性连接基体2的结构均采用柔性硅橡胶或其它符合性能要求的高弹性材料；所述柔性手指基体1通过一体式成型技术沿轴向成型出四个沿圆周均匀分布的气动空腔3，所述气动空腔3为圆柱形，在靠近柔性连接基体2的一端呈开口状，另一端呈封闭状；在所述柔性手指基体1的轴心装有弯曲内芯4，采用硬度比柔性手指基体1大2倍的硅橡胶或其它符合性能要求的高弹性材料填充，采用二次浇注工艺，使其完全与柔性手指基体1贴合，并在端部设有管接口16用于通入气体；在所述气动空腔3四周设有四组沿圆周均匀分布的微敏感通道5，所述微敏感通道5包括一组弧形分布微敏感通道6和一组直线分布微敏感通道7；所述弧形分布微敏感通道6包括数个轴向弧形分布直通道9和在柔性手指基体1两端部的数个弧形分布连接通道10，弧形分布直线通道9与弧形分布连接通道10依次连接，形成一条从第一弧形分布微通道端口8至第二弧形分布微通道端口11贯通的蛇形分布的弧形分布微敏感通道，弧形分布微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或其它符合性能要求的液态敏感压阻元件，并在通道两端口处各引出一根信号检测导线；所述直线分布微敏感通道7包括数个轴向直线分布直线通道13和在柔性手指基体1两端部的数个直线分布连接通道14，直线分布直线通道13与直线分布连接通道14依次连接，形成一条从第一直线分布微通道端口12至第二直线分布微通道端口15贯通的蛇形分布的直线分布微敏感通道，直线分布微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或其它符合性能要求的液态敏感压阻元件，并在通道两端口处各引出一根信号检测导线；所述弧形分布微敏感通道6和直线分布微敏感通道7在基体1中由抽丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指，其特征在于：它包括圆柱形柔性手指基体(1)和与所述圆柱形柔性手指基体(1)等圆的圆台形柔性连接基体(2)；所述柔性手指基体(1)沿轴向设有四个沿圆周均匀分布的气动空腔(3)，所述气动空腔(3)为圆柱形，在靠近柔性连接基体(2)的一端呈开口状，另一端呈封闭状；在所述柔性手指基体(1)的轴心装有弯曲内芯(4)并在端部设有管接口(16)；在所述气动空腔(3)四周设有四组沿圆周均匀分布的微敏感通道(5)；所述微敏感通道(5)包括一组弧形分布微敏感通道(6)和一组直线分布微敏感通道(7)；所述弧形分布微敏感通道(6)包括数个轴向弧形分布直通道(9)和在柔性手指基体(1)两端部的数个弧形分布连接通道(10)，弧形分布直线通道(9)与弧形分布连接通道(10)依次连接，形成一条从第一弧形分布微通道端口(8)至第二弧形分布微通道端口(11)贯通的蛇形分布的弧形分布微敏感通道，弧形分布微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或液态敏感压阻元件，并在通道两端口处各引出一根信号检测导线；所述直线分布微敏感通道(7)包括数个轴向直线分布直线通道(13)和在柔性手指基体(1)两端部的数个直线分布连接通道(14)，直线分布直线通道(13)与直线分布连接通道(14)依次连接，形成一条从第一直线分布微通道端口(12)至第二直线分布微通道端口(15)贯通的蛇形分布的直线分布微敏感通道，直线分布微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或液态敏感压阻元件，并在通道两端口处各引出一根信号检测导线；所述柔性灵巧手指(1)的指跟部设有四个胶管接口(16)，对应于4个气动内腔。...

【技术特征摘要】
1.一种气动自感知冗余多自由度柔性灵巧手指，其特征在于：它包括圆柱形柔性手指基体(1)和与所述圆柱形柔性手指基体(1)等圆的圆台形柔性连接基体(2)；所述柔性手指基体(1)沿轴向设有四个沿圆周均匀分布的气动空腔(3)，所述气动空腔(3)为圆柱形，在靠近柔性连接基体(2)的一端呈开口状，另一端呈封闭状；在所述柔性手指基体(1)的轴心装有弯曲内芯(4)并在端部设有管接口(16)；在所述气动空腔(3)四周设有四组沿圆周均匀分布的微敏感通道(5)；所述微敏感通道(5)包括一组弧形分布微敏感通道(6)和一组直线分布微敏感通道(7)；所述弧形分布微敏感通道(6)包括数个轴向弧形分布直通道(9)和在柔性手指基体(1)两端部的数个弧形分布连接通道(10)，弧形分布直线通道(9)与弧形分布连接通道(10)依次连接，形成一条从第一弧形分布微通道端口(8)至第二弧形分布微通道端口(11)贯通的蛇形分布的弧形分布微敏感通道，弧形分布微敏感通道内部充入液态镓铟锡合金或液态敏感压阻元件，并在通道两端口处各引出一根信号检测导线；所述直线分布微敏感通道(7)包括数个轴向直线分布直线通道(13)和在柔性手指基体(1)两端部的数个直线分布连接通道(14)，直线分布直线通道(13)与直线分布连接通道(...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建涛，张弘，勾栓栓，向喜梅，许允斗，赵永生，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13