一种刚柔耦合仿生机械手制造技术

本实用新型专利技术提供一种刚柔耦合仿生机械手，包括机械手手掌、以及与机械手手掌连接的拇指、食指、中指、无名指、小拇指，所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指上均套设有相应数量的指套作为手指关节；所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指均采用柔性材料浇注制成，并且所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指的内部均为中空结构，所述的拇指还与设置在机械手手掌上的拇指驱动机构传动连接，本实用新型专利技术提供的刚柔耦合仿生机械手实用性好，而且有着非常接近人手的形状与功能；另外手指是采用硅胶材料制成，属于软材料，具有很大的灵活性，在一定程度上弯曲效果比人手更优越；特别是抓取易碎品具有突出的优势，安全性高，实用性强。

A Rigid-Flexible Coupled Bionic Manipulator

【技术实现步骤摘要】
一种刚柔耦合仿生机械手
本技术涉及机器人
，尤其是一种刚柔耦合仿生机械手。
技术介绍
随着技术的快速发展，机器人也得到了快速的发展，机械手作为机器人的执行末端，直接决定了现有机器人的工作质量，现有机械手存在结构复杂、灵活度差、安全性和适应性差的缺点，这些缺点使得现有的机械手在一些领域的使用受到限制。现有的机械手一般都是采用旋转电机驱动关节旋转实现动作，在有限的空间内，旋转电机转速高、转矩小、制作难度大，为达到握力要求，所采用的旋转电机还需加配减速器形成机组以驱动关节低转速、大扭矩偏转，整体结构极为复杂。传统机械手在实现双自由度关节的动作时，结构更为复杂。因此传统机械手在人手大小的空间内无法实现全部自由度的动作。另外从仿生学角度来看，人手在自由状态下能够在外力作用下改变形状并适应所接触的物体形状，而传统的机械手在断电状态下自锁，无法实现这一功能。由于仿生软体机械手具有较高的安全性，受到科研人员的重点研究，这种软体机械手可以根据物体的形状和大小主动改变或者被动改变自己的形态从而很好地包覆物体，因此在形状不规则物体，特别是易碎物品抓持上具有很好的优势，但是，现有的软体机械手存在功能相对较单一，灵活性较低，无法实现复杂的动作的缺点，不能抓取不同形状的物体，与人手的仿生程度非常低。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种仿生程度高、灵活性高、适应性强的刚柔耦合仿生机械手。本技术的技术方案为：一种刚柔耦合仿生机械手，包括机械手手掌、以及与机械手手掌连接的拇指、食指、中指、无名指、小拇指，所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指上均套设有相应数量的指套作为手指关节；所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指均采用柔性材料浇注制成，并且所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指的内部均为中空结构，该中空结构作为充气腔室，所述拇指、食指、中指、无名指、小拇指的中空的充气腔室分别与设置在机械手手掌上的不同的充气管相连通，通过相应的充气管给相应的手指充气，使得手指关节处弯曲度增加，所述的拇指还与设置在机械手手掌上的拇指驱动机构传动连接，通过拇指驱动机构驱动拇指向机械手手掌方向或远离机械手手掌方向转动。进一步的，所述的机械手手掌包括手掌骨架，所述的手掌骨架的前端下部设置有4个用于安装食指、中指、无名指、小拇指的环形卡接部，所述的手掌骨架的右端开设有一用于安装拇指的卡槽。进一步的，所述的拇指包括由柔性材料制成的拇指本体、拇指骨架、以及2个拇指指套，所述的拇指本体通过拇指卡箍设置在拇指骨架上，所述的拇指骨架卡设在卡槽内并与拇指驱动机构传动连接，所述的拇指本体上套设有2个拇指指套，通过2个拇指指套作为拇指关节，并且所述的拇指本体为中空结构，该中空结构作为拇指的充气腔室，所述的充气腔室与相应的充气管相连通。进一步的，所述的食指包括由柔性材料制成的食指本体、以及套设在食指本体上的3个食指指套，以食指指套作为食指关节，所述的食指本体通过食指卡箍与手掌骨架上的其中一个环形卡接部连接，并且所述的食指本体为中空结构，该中空结构作为食指的充气腔室，所述的充气腔室与相应的充气管相连通。进一步的，所述的中指包括由柔性材料制成的中指本体，以及套设在中指本体上的3个中指指套，通过中指指套作为中指关节，所述的中指本体通过中指卡箍设置在手掌骨架上的其中一个环形卡接部内，并且所述的中指本体为中空结构，该中空结构作为中指的充气腔室，该充气腔室与相应的充气管相连通。进一步的，所述的无名指包括由柔性材料制成的无名指本体，以及套设在无名指本体上的3个无名指指套，通过无名指指套作为无名指关节，所述的无名指本体通过无名指卡箍设置在手掌骨架上的其中一个环形卡接部内，并且所述的无名指本体为中空结构，该中空结构作为无名指的充气腔室，该充气腔室与相应的充气管相连通。进一步的，所述的小拇指包括由柔性材料制成的小拇指本体，以及套设在小拇指本体上的3个小拇指指套，通过小拇指指套作为小拇指关节，所述的小拇指通过小拇指卡箍设置在手掌骨架上的其中一个环形卡接部内，并且所述的小拇指本体为中空结构，该中空结构作为小拇指的充气腔室，该充气腔室与相应的充气管相连通。进一步的，所述的拇指驱动机构包括拇指驱动电机、蜗杆、蜗轮、转轴，所述的拇指驱动电机通过电机座设置在手掌骨架上，并且所述的拇指驱动电机通过蜗杆与蜗轮啮合，所述的蜗轮设置在转轴上，所述转轴的一端通过轴承座设置在手掌骨架上，所述的转轴的另一端与拇指骨架过盈连接。进一步的，所述的机械手手掌还包括设置在手掌骨架上的手掌保护层、以及设置在手掌保护层上的缓冲层，该手掌保护层除了保护被抓取的产品外，还可以增加手掌骨架的柔性，同时手掌保护层还具有增加摩擦力和减压缓冲作用，所述的手掌保护层上设置有多个凸点，所述的缓冲层上开设有多个用于与手掌保护层上的凸点连接的通孔，所述的缓冲层通过凸点和通孔的相互配合安装在手掌保护层上。进一步的，所述的拇指骨架上还设置有由柔性材料制成的拇指骨架保护套。进一步的，所述的机械手手掌还包括设置在手掌骨架下端的手掌骨架盖。进一步的，所述的充气管为PU管。进一步的，所述的拇指本体、食指本体、中指本体、无名指本体、小拇指本体均采用硅胶浇注而成，并且所述的拇指本体、食指本体、中指本体、无名指本体、小拇指本体从内至外均包括手指内层、限制层、纤维增强线、手指外层，并且所述的手指外层上还镶嵌有柔性压力传感器，其中，限制层用于限制手指内层膨胀，所述的纤维增强线用于增强手指的弯曲性，避免过度膨胀，柔性压力传感器用于检测手指的压力，从而控制给手指的充气量，控制手指的弯曲程度。进一步的，所述的缓冲层采用软材料制成，一方面可以让掌心更柔软，另一方面对手掌保护层起到支撑作用。其中，柔性手指的制备流程如下：S1)、将硅胶材料浇注到相应的模具中，制备出一个半圆环形的手指内层；S2)、待手指内层凝固后在其上铺设一层限制层，然后在手指内层外表面以3mm的间隙缠绕一圈纤维增强线；S3)、然后再浇注一层手指外层进行包裹，并采用硅胶对其进行封口处理；S4)、将柔性压力传感器放置在手指外层预留的凹槽内，以及在手指上以5mm的间距套设指套作为手指的关节，并在手指上安装相应的充气管。工作原理：通过拇指驱动电机驱动蜗杆带动蜗轮旋转，进而带动拇指骨架向手掌方向旋转，使得拇指绕转动轴转动到指定位置后，然后通过充气管给各个手指充气，手指的充气腔室随着气压的升高，手指的关节处弯曲性增加，当手指包裹住物体时，物体会阻碍手指的弯曲而实现握紧，并通过柔性压力传感器检测压力，保证供气量。另外，可根据抓取物体的形状、尺寸来控制手指的运动数量和弯曲的先后顺序，实现最优抓取效果。本技术的有益效果为：1、本技术提供的刚柔耦合仿生机械手实用性好，而且有着非常接近人手的形状与功能；另外手指是采用硅胶材料制成，属于软材料，具有很大的灵活性，在一定程度上弯曲效果比人手更优越；2、本技术控制相对简单，它能抓取各种形状和大小的物体而不会刮伤物体表面，特别是抓取易碎品具有突出的优势。3、本技术结构和控制简单，安全性高，与物体接触的部位皆为硅胶，既避免了对抓取物体的损害又增加了摩擦力，使得抓取效果更好，在抓取方面有着绝对的优势。4、适用范围广，由于硅胶安全无毒害，此实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刚柔耦合仿生机械手，包括机械手手掌、以及与机械手手掌连接的拇指、食指、中指、无名指、小拇指，其特征在于：所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指上均套设有相应数量的指套作为手指关节；所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指均采用柔性材料浇注制成，并且所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指的内部均为中空结构，该中空结构作为充气腔室，所述拇指、食指、中指、无名指、小拇指的中空的充气腔室分别与设置在机械手手掌上的不同的充气管相连通，通过相应的充气管给相应的手指充气，使得手指关节处弯曲度增加，所述的拇指还与设置在机械手手掌上的拇指驱动机构传动连接。

【技术特征摘要】
1.一种刚柔耦合仿生机械手，包括机械手手掌、以及与机械手手掌连接的拇指、食指、中指、无名指、小拇指，其特征在于：所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指上均套设有相应数量的指套作为手指关节；所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指均采用柔性材料浇注制成，并且所述的拇指、食指、中指、无名指、小拇指的内部均为中空结构，该中空结构作为充气腔室，所述拇指、食指、中指、无名指、小拇指的中空的充气腔室分别与设置在机械手手掌上的不同的充气管相连通，通过相应的充气管给相应的手指充气，使得手指关节处弯曲度增加，所述的拇指还与设置在机械手手掌上的拇指驱动机构传动连接。2.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合仿生机械手，其特征在于：所述的机械手手掌包括手掌骨架，所述的手掌骨架的前端下部设置有4个用于安装食指、中指、无名指、小拇指的环形卡接部，所述的手掌骨架的右端开设有一用于安装拇指的卡槽。3.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合仿生机械手，其特征在于：所述的拇指包括由柔性材料制成的拇指本体、拇指骨架、以及2个拇指指套，所述的拇指本体通过拇指卡箍设置在拇指骨架上，所述的拇指骨架卡设在卡槽内并与拇指驱动机构传动连接，所述的拇指本体上套设有2个拇指指套，通过2个拇指指套作为拇指关节，并且所述的拇指本体为中空结构，该中空结构作为拇指的充气腔室，所述的充气腔室与相应的充气管相连通。4.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合仿生机械手，其特征在于：所述的食指包括由柔性材料制成的食指本体、以及套设在食指本体上的3个食指指套，以食指指套作为食指关节，所述的食指本体通过食指卡箍与手掌骨架上的其中一个环形卡接部连接，并且所述的食指本体为中空结构，该中空结构作为食指的充气腔室，所述的充气腔室与相应的充气管相连通；所述的中指包括由柔性材料制成的中指本体，以及套设在中指本体上的3个中指指套，通过中指指套作为中指关节，所述的中指本体通过中指卡箍设置在手掌骨架上的其中一个环形卡接部内，并且所述的中指本体为中空结构，该中空结构作为中指的充气腔室，该充气腔室与相应的充气管相连通；所述的无名指包括由柔性材料制成的无名指本体，以及套设在无名指本体上的3个无名指指套，通过无名指指套作为无名指关节，所述的无名指本体通过无名指卡箍设置在手掌骨架上的其中一个环形卡接部内，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：江励，刘乐章，唐黎明，张活俊，汤健华，黄辉，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：新型
国别省市：广东,44