本发明专利技术公开了一种多自由度柔性仿生灵巧手，包括对拇指手掌组件、手指侧摆组件、手指组件以及手掌基体组件；对拇指手掌组件采用柔性并联结构，包括三个驱动波纹管与一个拇指连接板；手指侧摆组件由三个波纹管组成，分别放置于小拇指、食指、中指和无名指之间；手指组件则由柔性手指与柔性连接基座组成，其中柔性手指基于人手自由度采用分层结构设计以提高灵巧手的自主调节接触模式能力；手掌基体在预留手指以及对拇指手掌组件位置后浇筑而成。本发明专利技术提供了一种多自由度柔性仿生灵巧手，结构简单、制造方便，能够有效提高柔性灵巧手的灵巧性与操作能力且具有一定的自主调节接触模式的能力，可用于工业抓取、农业采摘以及医疗康复等诸多领域。复等诸多领域。复等诸多领域。
【技术实现步骤摘要】
一种多自由度柔性仿生灵巧手
[0001]本专利技术属于机器人末端执行器
，具体涉及一种多自由度柔性仿生灵巧手。
技术介绍
[0002]机器人末端执行器作为机器人与环境相互作用的最后环节与执行部件，对提高机器人的柔性和易用性有着极为重要的作用，其性能的优劣决定了整个机器人的工作性能。以人手为仿生对象构建具有自主抓取和操纵物体的功能仿生灵巧手逐渐成为机器人末端执行器的研究热点。传统的仿生灵巧手多采用刚性结构其结构复杂，设计困难、造价昂贵，且刚性结构使得其难以抓取易碎或精密物品、或需要极为复杂的感知控制系统。更为重要的是刚性结构使得其适应性较差，并不适合与环境交互以及人机交互，很少能应用到服务机器人或康复机器人。
[0003]为了提高机器人抓手的安全性与适应性，使得机器人抓手拥有更为友好的环境交互以及人机交互能力，越来越多的研究人员将目光投向由超弹性材料制作的软体灵巧手。常规的软体灵巧手对拇指手掌仅采用单一自由度设计，使得其整体灵巧性不足；柔性手指拟人化程度低，采用欠驱动模式使得灵巧手的操作空间大幅下降，且手指抓握仅依靠柔性材料被动柔顺性无法自主调节对抓握物体的接触模式；手指间的侧摆功能常被忽略导致柔性灵巧手的操作空间以及操作能力进一步降低。总之，虽然柔性灵巧手已经取得很多显著的成果，但灵巧性低、操作能力不足且缺乏自主调节接触模式能力极大限制着柔性灵巧手的发展。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目在于克服现有技术的不足，提供一种多自由度柔性仿生灵巧手，以解决现有技术中柔性灵巧手灵巧性不低、操作能力不足以及缺乏自主调节接触模式能力的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种多自由度柔性仿生灵巧手，包括对拇指手掌组件、手指组件、手指侧摆组件以及手掌基体组件；
[0007]所述对拇指手掌组件用于连接大拇指和手掌基体组件；
[0008]所述手指组件用于对物体进行抓握，所述手指组件包括至少两个自由度的手指；所述手指组件与所述手掌基体组件连接固定；
[0009]所述手指侧摆组件位于所述手指组件的各手指之间，所述手指侧摆组件用于对各手指的侧向弯曲角度进行控制；
[0010]所述手掌基体组件用于对所述对拇指手掌组件和手指组件进行支撑。
[0011]进一步的，所述对拇指手掌组件包含1个拇指连接板和3个对拇指手掌柔性波纹管驱动器；所述3个对拇指手掌柔性波纹管驱动器呈120
°
分布，顶端与所述拇指连接板相连，
底端与所述手掌基体组件相连固定；
[0012]所述拇指连接板上设有一个拇指安装基座，所述拇指安装基座与所述拇指连接板平面呈45
°
夹角。
[0013]进一步的，所述手指组件包括大拇指、食指、中指、无名指、小拇指以及各自的手指基座；所述食指、中指、无名指和小拇指均含有三自由度包括远指端、中指端和近指端，所述大拇指含有两自由度包括远指端和近指端；
[0014]各手指底部均与各自的手指基座相连，所述食指、中指、无名指和小拇指的手指基座底部分别按照位置与所述手掌基体组件相连；所述大拇指的手指基座底部与所述对拇指手掌组件的拇指安装基座相连。
[0015]进一步的，所述各手指的各指端分为接触层与驱动层；
[0016]所述驱动层采用矩形褶皱结构，内部为空腔，所述矩形褶皱结构一侧为矩形齿结构，另一侧为尖状齿结构，通过控制所述矩形褶皱结构腔室内气压进行手指弯曲角度控制；
[0017]所述接触层为尖状齿结构，且与所述驱动层的尖状齿结构相啮合；所述接触层内部为空腔，通过控制所述接触层内气压控制对物体的接触面积，实现对物体点接触、线接触和面接触的自主调节控制；
[0018]各指端的驱动层与接触层底部均设有气孔，用于穿过气管；
[0019]所述驱动层与接触层之间采用褶皱连接层结构隔开。
[0020]进一步的，所述手指基座顶面留有过线孔，所述过线孔位置对应手指底部气孔位置；所述手指基座底部留有过线槽；各指端的气管从所述过线孔穿过并沿所述过线槽排布。
[0021]进一步的，所述手指侧摆组件包括第一波纹管、第二波纹管和第三波纹管；所述第一波纹管安装于所述食指和中指之间，所述第一波纹管的两端分别与所述食指和中指的近指端侧面相连；所述第二波纹管安装于所述中指和所述无名指之间，所述第二波纹管的两端分别与所述中指和无名指的近指端侧面相连；所述第三波纹管安装于所述无名指和所述小拇指之间，所述第三波纹管的两端分别与无名指和所述小拇指的近指端侧面相连。
[0022]进一步的，所述对拇指手掌柔性波纹管驱动器、所述第一波纹管、所述第二波纹管和所述第三波纹管均为矩形波纹管结构，且底部均设有气孔；
[0023]通过对所述对拇指手掌柔性波纹管驱动器进行充放气，使所述对拇指手掌柔性波纹管驱动器进行伸缩运动，通过控制3个对拇指手掌柔性波纹管驱动器伸长量的不同产生不同方向的倾斜角度，使大拇指沿多个不同方向进行弯曲；
[0024]通过对所述第一波纹管、所述第二波纹管和所述第三波纹管进行充放气，使所述波纹管进行伸缩运动，改变两手指间的间距，带动各手指之间产生弯曲距离。
[0025]进一步的，所述手掌基本组件包含整手基座、前手掌蒙皮和手背基底；
[0026]所述整手基座顶部按照手指间波纹管长度间距预留手指安装基座，各手指基座底部分别按照位置与所述手指安装基座相连；
[0027]所述手指安装基座之间掏空为走线槽，所述整手基座一侧和底部预留走线通道，与所述走线槽相通，所有气管经所述走线槽，穿过所述走线通道与外界气源相连；
[0028]所述整手基座另一侧预留对拇指手掌安装位置；
[0029]所述手指安装基座按照顺序分别与各手指基座相连，各手指与各波纹管的气管沿所述走线槽与气源相连；
[0030]所述前手掌蒙皮穿过所述食指、中指、无名指和小拇指，底部与所述整手基座相连，顶部与所述第一波纹管、第二波纹管和第三波纹管相切；
[0031]所述手背基体上设有定位孔，所述手背基体通过所述定位孔与所述对拇指手掌柔性波纹管驱动器安装固定；且所述手背基底与所述整手基座粘接。
[0032]进一步的，所述对拇指手掌组件、手指侧摆组件、手指组件、手掌基体组件及各组成部件均采用模具成型法制成，各组成部件均采用橡胶材料，各组成部件间的连接方式均采用柔性粘结剂进行连接。
[0033]进一步的，所述大拇指、食指、中指、无名指、小拇指、第一波纹管、第二波纹管和第三波纹管采用邵氏硬度为30A的橡胶材料，
[0034]所述对拇指手掌柔性波纹管驱动器采用邵氏硬度为40A的橡胶材料，
[0035]余下各组成部件均采用邵氏硬度为50A以及以上的橡胶材料。
[0036]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果为：
[0037](1)本专利技术提供一种多自由度柔性仿生灵巧手，其中的对拇指手掌组件采用一种基于柔性波纹管驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多自由度柔性仿生灵巧手，其特征在于，包括对拇指手掌组件、手指组件、手指侧摆组件以及手掌基体组件；所述对拇指手掌组件用于连接大拇指和手掌基体组件；所述手指组件用于对物体进行抓握，所述手指组件包括至少两个自由度的手指；所述手指组件与所述手掌基体组件连接固定；所述手指侧摆组件位于所述手指组件的各手指之间，所述手指侧摆组件用于对各手指的侧向弯曲角度进行控制；所述手掌基体组件用于对所述对拇指手掌组件和手指组件进行支撑。2.根据权利要求1所述的一种多自由度柔性仿生灵巧手，其特征在于，所述对拇指手掌组件包含1个拇指连接板和3个对拇指手掌柔性波纹管驱动器；所述3个对拇指手掌柔性波纹管驱动器呈120
°
分布，顶端与所述拇指连接板相连，底端与所述手掌基体组件相连固定；所述拇指连接板上设有一个拇指安装基座，所述拇指安装基座与所述拇指连接板平面呈45
°
夹角。3.根据权利要求2所述的一种多自由度柔性仿生灵巧手，其特征在于，所述手指组件包括大拇指、食指、中指、无名指、小拇指以及各自的手指基座；所述食指、中指、无名指和小拇指均含有三自由度包括远指端、中指端和近指端，所述大拇指含有两自由度包括远指端和近指端；各手指底部均与各自的手指基座相连，所述食指、中指、无名指和小拇指的手指基座底部分别按照位置与所述手掌基体组件相连；所述大拇指的手指基座底部与所述对拇指手掌组件的拇指安装基座相连。4.根据权利要求3所述的一种多自由度柔性仿生灵巧手，其特征在于，所述各手指的各指端分为接触层与驱动层；所述驱动层采用矩形褶皱结构，内部为空腔，所述矩形褶皱结构一侧为矩形齿结构，另一侧为尖状齿结构，通过控制所述矩形褶皱结构腔室内气压进行手指弯曲角度控制；所述接触层为尖状齿结构，且与所述驱动层的尖状齿结构相啮合；所述接触层内部为空腔，通过控制所述接触层内气压控制对物体的接触面积，实现对物体点接触、线接触和面接触的自主调节控制；各指端的驱动层与接触层底部均设有气孔，用于穿过气管；所述驱动层与接触层之间采用褶皱连接层结构隔开。5.根据权利要求3所述的一种多自由度柔性仿生灵巧手，其特征在于，所述手指基座顶面留有过线孔，所述过线孔位置对应手指底部气孔位置；所述手指基座底部留有过线槽；各指端的气管从所述过线孔穿过并沿所述过线槽排布。6.根据权利要求3所述的一种多自由度柔性仿生灵巧手，其特征在于，所述手指侧摆组件包括第一波纹管、第二波纹管和第三波纹管；所述第一波纹管安装于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王延杰，梅栋，喻晓凤，赵鑫，唐刚强，赵春，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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