一种仿生机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种仿生机械手，包括手指骨架单元、手指关节驱动单元、手掌骨架单元及手掌开合转动单元，手指关节驱动单元及手掌开合转动单元均为凝胶驱动器，手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成机械手指，手掌骨架单元设有手掌开合转动单元，手掌开合转动单元分别设于大拇指下方的手掌骨架单元处及设于小拇指和无名指下方的手掌骨架单元处，机械手指与手掌骨架单元连接形成仿生机械手。本发明专利技术机械手每个手指关节可单独控制，灵敏度高，活动灵活。本发明专利技术通过采用凝胶材料使机械手达到高度的拟人状态，不仅能够用作机器人的器械手，也可作为残疾人士的假肢，还可作为辅助手部康复的康复手套，应用范围极其广泛，对社会意义极大。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生机械手
本专利技术涉及智能材料与智能结构领域，尤其涉及一种仿生机械手。
技术介绍
PVC凝胶(polyvinylchloride-ge1，简称PVC)是一种电活性聚合物具有高应变在电场中会向阳极产生蠕动变形。根据这个特性，PVC凝胶适用于仿生机械手的应用。现有的仿生类的机械手的关节弯曲多由机械链动结构，如已公开专利CN106737789A，一种仿生机械手臂及机器人，属于人工智能领域。该仿生机械手臂包括手掌组手掌组件包括中指组件，中指组件与手掌组件固定相连。中指组件包括第一中指连杆、第一中指节、第二中指节和第三中指节，第一中指节一端与手掌组件固定相连，第一中指节、第二中指节和第三中指节依次铰接。所述第一中指连杆一端固定连接于所述第一中指节，所述第一中指连杆另一端固定连接于第三中指节。类似该专利的关节结构都存在以下问题，关节僵硬、转动不灵活，转动范围具有较大的局限性；由于关节为硬性机械材料的局限性，抓取不够精确，与真手抓取精度相差较远；运用范围窄，只能运用在机械设备上。并且通过电机驱动，每根手指都需要单独的电机及电机控制器，整体结构庞大，多电机的存在质量重维护难等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用PVC凝胶材料且抓取精准、适用范围广的仿生机械手。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种仿生机械手，包括手指骨架单元、手指关节驱动单元、手掌骨架单元及手掌开合转动单元，所述手指关节驱动单元及手掌开合转动单元均为凝胶驱动器，所述手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成机械手指，所述机械手指包括小拇指、大拇指、无名指、中指和食指，所述手掌骨架单元设有手掌开合转动单元，所述手掌开合转动单元分别设于大拇指下方的手掌骨架单元处及设于小拇指和无名指下方的手掌骨架单元处，机械手指与手掌骨架单元连接形成仿生机械手。进一步的，所述手掌骨架单元末端设有手腕转动单元，所述手腕转动单元为凝胶驱动器，所述手腕转动单元一侧连接有外部链接部。进一步的，所述手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成整根手指中部连通的机械手指，所述手掌骨架单元中空，所述手掌骨架单元、手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成可穿戴式结构。进一步的，所述手指骨架单元包括手指关节驱动单元之间的中空柱形关节及机械手指端部的帽形手指端。进一步的，手指关节驱动单元的凝胶驱动器连接于手指骨架单元的正面及背面。或者凝胶驱动器连接两个手指骨架单元的两端处实现弯曲运动。进一步的，手指关节驱动单元的凝胶驱动器包括支撑链接片及凝胶驱动单元，所述支撑链接片与手指骨架单元连接，所述凝胶驱动单元设于支撑链接片的一侧或者两侧。进一步的，凝胶驱动单元包括凝胶层，所述凝胶层为单层或多层结构，凝胶层之间设有柔性电极。进一步的，所述凝胶层内设有纤维层，所述凝胶层的前侧和后侧分别设有阴极和阳极，所述阴极与支撑链接片之间设有阴极绝缘层，阳极外侧设有阳极绝缘层。进一步的，所述支撑链接片为片状结构，所述片状结构上设有多个凹槽。进一步的，所述手指骨架单元为四面镂空的圆柱形或者是长方柱形。进一步的，柔性电极包括导电高分子材料电极，导电硅脂电极，导电凝胶电极，石墨烯薄膜电极，金属颗粒镀层薄膜电极，电极的表面形状可以是平面或者凹凸状的。进一步的，所述手指骨架单元根据不同的机械手指设置不同的长度和直径的大小。进一步的，手指关节驱动单元弯曲度为0-90。采用本专利技术技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术能实现十几个结构的自由变化，可实现类人手的各种手势(如握拳等)，实现抓取和释放。本专利技术机械手每个手指关节可单独控制，灵敏度高，活动灵活。本专利技术通过手指式的抓取方式，并通过采用凝胶材料使机械手达到高度的拟人状态，不仅能够用作机器人的器械手，也可作为残疾人士的假肢、义手，还可作为辅助手部康复的康复手套，应用范围及其广泛，对社会意义极大。本专利技术的抓持尺度从微米级到米级，抓持物重从微克到千克。附图说明图1是PVC凝胶薄膜电场响应原理示意图；图2是本专利技术提供的一种仿生机械手结构图；图3是本专利技术提供的一种仿生机械手局部结构爆炸图；图4是本专利技术提供的一种仿生机械手食指弯曲实施例一示意图；图5是本专利技术提供的一种仿生机械手食指弯曲实施例一侧视示意图；图6是本专利技术提供的一种仿生机械手食指弯曲实施例二示意图；图7是本专利技术提供的一种仿生机械手食指弯曲实施例二侧视示意图；图8是本专利技术提供的一种仿生机械手中指结构爆炸图；图9是本专利技术提供的一种仿生机械手凝胶驱动器爆炸结构示意图。其中，1、手指骨架单元，2、手指关节驱动单元，3、手掌骨架单元4、手掌开合转动单元，5、小拇指，6、大拇指，7、无名指，8、中指，9、食指，10、手腕转动单元，11、外部链接部，12、中空柱形关节，13、帽形手指端，14、支撑链接片，15、凝胶层，16、纤维层，17、阴极，18、阳极，19、阴极绝缘层，20、阳极绝缘层，21、凹槽。具体实施方式结合附图对本专利技术具体方案具体实施例作进一步的阐述。图1所示，PVC凝胶薄膜电场响应原理，凝胶材料在电场中像阳极18蠕动凝聚。本专利技术仿生机械手可以作为拟人机器人的手，实现机器人的各种手势语言表达或物品的抓取。本专利技术可以作为断臂残疾人士的假肢手/义手，实现生活中的高度手部功能还原的功能，能够进行手势表达，抓取物品等。本专利技术当做成可穿戴式的机械手时，可以作为康复用的手套，辅助手部进行康复训练。本专利技术还可作为一种独立作业的抓持手，抓取各种物品。如图2、3所示，一种仿生机械手，包括手指骨架单元1、手指关节驱动单元2手掌骨架单元3及手掌开合转动单元4，所述手指关节驱动单元2及手掌开合转动单元4均为凝胶驱动器，所述手指骨架单元1与手指关节驱动单元2连接形成机械手指，所述机械手指包括小拇指5、大拇指6、无名指7、中指8和食指9，所述手掌骨架单元3设有手掌开合转动单元4，所述手掌开合转动单元4分别设于大拇指6下方的手掌骨架单元3处及设于小拇指5和无名指7下方的手掌骨架单元3处，机械手指与手掌骨架单元3连接形成仿生机械手。大拇指6底部的手指骨架单元1与大拇指6下方的手掌开合转动单元4连接。大拇指6底部的手指骨架单元1的形状可模仿生手的形状设置，如图所示为前部圆弧状的梯形结构，不限于图中所示结构。本专利技术机械手的五个手指向手心弯曲，每个关节都可以单独调节，实现拟人化的弯曲、抓合等动作。手掌开合转动单元4能控制大拇指6下方的手掌和小拇指5和无名指7下方的手掌转动，模拟大拇指6的转动，以及手掌外侧的转动，实现可以开合、握拳等动作。使得抓合不仅仅是手指的合拢，也带动了整个手掌的运动。这和以往的硬性关节的机械手完全不同，以往的机械手无法达到本专利技术柔性转动、翻转的效果。所述手掌骨架单元3末端设有手腕转动单元10，所述手腕转动单元10为凝胶驱动器，可以实现手腕处的上下翻转。如果在手腕处四面均设有凝胶驱动器，可以实现手腕的左右摇摆等动作。所述手腕转动单元10一侧连接有外部链接部11，可以连接器械手臂、机器人手臂等。手掌开合转动单元4和手腕转动单元10的形状如图所示为矩形，但不局限于附图所示的形状。如图2、3所示，所述手指骨架单元1与手指关节驱动单元2连接形成整根手指中部连通的机械手指，所述手掌骨架单元3中空，所述手掌骨架单元3、手指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生机械手，其特征在于，包括手指骨架单元、手指关节驱动单元、手掌骨架单元及手掌开合转动单元，所述手指关节驱动单元及手掌开合转动单元均为凝胶驱动器，所述手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成机械手指，所述机械手指包括小拇指、大拇指、无名指、中指和食指，所述手掌骨架单元设有手掌开合转动单元，所述手掌开合转动单元分别设于大拇指下方的手掌骨架单元处及设于小拇指和无名指下方的手掌骨架单元处，机械手指与手掌骨架单元连接形成仿生机械手。

【技术特征摘要】
1.一种仿生机械手，其特征在于，包括手指骨架单元、手指关节驱动单元、手掌骨架单元及手掌开合转动单元，所述手指关节驱动单元及手掌开合转动单元均为凝胶驱动器，所述手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成机械手指，所述机械手指包括小拇指、大拇指、无名指、中指和食指，所述手掌骨架单元设有手掌开合转动单元，所述手掌开合转动单元分别设于大拇指下方的手掌骨架单元处及设于小拇指和无名指下方的手掌骨架单元处，机械手指与手掌骨架单元连接形成仿生机械手。2.根据权利要求1所述的一种仿生机械手，其特征在于，所述手掌骨架单元末端设有手腕转动单元，所述手腕转动单元为凝胶驱动器，所述手腕转动单元一侧连接有外部链接部。3.根据权利要求1所述的一种仿生机械手，其特征在于，所述手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成整根手指中部连通的机械手指，所述手掌骨架单元中空，所述手掌骨架单元、手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成可穿戴式结构。4.根据权利要求1、2或3所述的一种仿生机械手，其特征在于，所述手指骨架单元包括手指关节驱动单元之间的中空柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，郭明飞，李研彪，曾晰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33