一种多自由度柔性拟人手指制造技术

本实用新型专利技术涉及一种多自由度柔性拟人手指，包括刚体、前置粗橡胶管和装在前置粗橡胶管的一侧管壁中的约束钢丝，前置粗橡胶管两端分别与刚体密封连接，前置粗橡胶管及刚体有多个且依次交错排列，每个前置粗橡胶管与刚体所构成的密封空间为第一工作腔室；末端刚体通过多个细橡胶管与端盖连接，末端的刚体及端盖端面上安装有接头，细橡胶管两端分别与接头密封连接，细橡胶管与接头所构成的密封空间为第二工作腔室；所述的第一、第二工作腔室分别与一通气管相通；末端的刚体和端盖之间还连接有一围绕在细橡胶管的整体外围的后置粗橡胶管，后置粗橡胶管与细橡胶管之间的空间为第三工作腔室，端盖上有开有将第三工作腔室与大气连通的通孔。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于人工手指，尤其涉及基于气动技术的多自由度柔 性拟人手指，适用于机器人多指灵巧手的设计。(二)
技术介绍
机器人灵巧手的设计是机器人设计中的主要内容，尤其是多自由 度拟人手指的设计更是机器人灵巧手设计的难点和关键技术。本实用 新型做出之前，传统的灵巧手设计都采用纯机械结构，利用电机或者 液压驱动，采用机械部件作为执行端，其主要缺点是需要电机、传动 装置等辅助机构，外形庞大，结构复杂，柔顺性能差，不能主动适应 目标的外形，容易对抓取目标造成损伤，影响实施效果。也有提出气动柔性人工手指，如申请号为200510049167.8的中国技术专利提供了一种多自由度的柔性人工手指，由橡胶管、嵌套 在橡胶管壁的螺旋金属丝和端盖等组成。该手指末端的三个细橡胶管 在端盖和刚体之间均匀分布，通过分别控制三个细橡胶管中的气体压 力值的不同产生压力差而实现其向不同方向弯曲，但由于细橡胶管的 材质细软，在弯曲到一定角度后极易产生弯折，降低该人工手指实际 的有效运动行程。(三)
技术实现思路
为了克服己有技术中气动柔性人工手指运动过程不稳定、有效行 程短、动作不够灵活的不足，本技术提供一种运动有效行程长、 运动过程稳定、动作灵活、能完成更加复杂运动的多自由度柔性拟手指。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种多自由度柔性拟人手指，包括刚体、前置粗橡胶管和安装在 所述前置粗橡胶管的一侧管壁中的约束钢丝，所述的前置粗橡胶管两 端分别与所述的刚体密封连接，所述的前置粗橡胶管及刚体有多个且 依次交错排列，每个前置粗橡胶管与刚体所构成的密封空间构成第一 工作腔室；末端的刚体通过多个细橡胶管与一端盖连接，所述末端的 刚体端面上安装有第一接头，所述的端盖的端面上安装有第二接头， 所述的细橡胶管两端分别与第一接头和第二接头密封连接，细橡胶管 与第一、第二接头所构成的密封空间构成第二工作腔室；所述的第一、 第二工作腔室分别与一通气管相通，所述的第一工作腔室的通气管依 次穿过所述的端盖及各个刚体而与各自的第一工作腔室相连，所述的 第二工作腔室的通气管依次穿过所述的端盖及第二接头而与各自的第 二工作腔室相连；所述末端的刚体和所述端盖之间还连接有一后置粗 橡胶管，所述的后置粗橡胶管围绕在所述的多个细橡胶管的整体的外 围，所述的后置粗橡胶管与所述细橡胶管之间的空间构成第三工作腔 室，所述端盖上有开有将第三工作腔室与大气连通的通孔。进一步，所述的细橡胶管有三个且围绕所述端盖的轴心对称分布。 再进一步，所述前置粗橡胶管及所述后置粗橡胶管的管壁内还嵌 套有细螺旋金属丝，所述约束钢丝与前置粗橡胶管管壁内的细螺旋金 属丝的每一匝缠绕；所述的细橡胶管的管壁中嵌套有螺旋金属丝。更进一步，所述的前置粗橡胶管有两个。本技术的技术构思为通过通气管把压縮气体通入各第一工 作腔室及第二工作腔室中，气压增大时前置粗橡胶管及细橡胶管的弹性管壁会轴向伸长，由于前置粗橡胶管内嵌套有约束钢丝的一侧伸长 的速度和幅度均小于未设置约束钢丝的一侧，前置粗橡胶管会向约束 钢丝的一侧弯曲，通过控制第一工作腔室中的气压大小即可控制两个 前置粗橡胶管的弯曲角度；通过控制通入三个细橡胶管中气体压力不同，使三个细橡胶管的伸长量产生差异，即可实现三个细橡胶管和其 外围的后置粗橡胶管向一侧弯曲，通过控制三个细橡胶管的气压值差 异量不同即可控制其向不同方向弯曲而实现转动。本技术所述的多自由度柔性拟人手指的有益效果主要表现在在多个细橡胶管的整体的外围增设一粗橡胶管，使得运动过程稳 定性更好，在转动过程中不易弯折和变形，手指运动的有效行程长， 可以完成更加复杂的动作。(四) 附图说明图1是实施例一和实施例二的后置粗橡胶管处的横截面图。 图2是图1的B-B向剖视图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步描述实施例一参照附图，本实施例为五自由度柔性拟人手指，包括三个刚体l， 三个粗橡胶管和一个端盖8，粗橡胶管和刚体1依次交错排列，设图 示左端为手指头部，图示右端为手指底部，靠近手指头部的两个粗橡 胶为前置粗橡胶管2，靠近手指底部的粗橡胶管为后置粗橡胶管15， 后置粗橡胶管15的末端连接端盖8，所述粗橡胶管的两端与刚体1和 端盖8之间均采用强力胶密封连接。两个前置粗橡胶管2的一侧管壁 中还安装有约束钢丝9，且约束钢丝9位于两个前置粗橡胶管2的同一侧，并通过螺钉固定在刚体上。两个前置粗橡胶管2和刚体1所构成的密封空间构成第一工作腔室4。所述端盖8上安装有三个绕端盖 轴心对称分布的第一接头10，末端的刚体端面上安装有与所述第一接 头10对应设置的三个第二接头11，三个细橡胶管6的两端分别与各 自的第一、第二接头通过强力胶密封连接。细橡胶管6与第一、第二 接头所构成的密封空间构成第二工作腔室5，三个细橡胶管6与后置 粗橡胶管15所构成的非密封空间构成第三工作腔室12。每个第一工作腔室4和每个第二工作腔室5均有一根通气管13 与其相通，通气管13的设置方法为通往第一工作腔室4的通气管从 端盖8开始依次穿过各个刚体到分别到达各自的第一工作腔室4，通 往第二工作腔室5的通气管依次穿过端盖8及第二接头11而分别与各 自第二工作腔室5相连通，第三工作腔室12为非完全密闭空间，第三 工作腔室内部空间通过端盖8上的通孔14与大气相连通。因此，端盖 上开设有六个 L，其中五个孔分别供五个通气管13通过，另外一个孔 则为通孔14。从末端的刚体起，各个刚体1上依次需要开设两个、一 个孔供通气管13通过，头部的刚体1上不需要开设通孔。本技术的工作原理是:通过通气管13把压縮气体通入各个第 一工作腔室4及第二工作腔室5中，当第一工作腔室4中的气压增大 时，两个前置粗橡胶管2的弹性管壁就会轴向伸长，由于嵌套有约束 钢丝9的一侧伸长的速度和幅度均小于未设置约束钢丝9的一侧，这 就使得前置粗橡胶管2会向约束钢丝9的一侧弯曲，通过控制第一工 作腔室4中的气压大小可以控制两个前置粗橡胶管2的弯曲角度。同 理，当向第二工作腔室5中通入压縮气体时，细橡胶管6的弹性管壁 就会轴向伸长。通过使通入三个细橡胶管6中气体压力不同，可以使三个细橡胶管6的伸长量产生差异，就可实现三个细橡胶管6和其外 围的后置粗橡胶管15向一侧弯曲，通过分别控制三个细橡胶管6的气 压值差异量不同可以控制其向不同方向弯曲而实现转动。在手指运动过程中，手指头部的两个前置粗橡胶管2的弯曲运动分别模拟人类拇指头部的近指关节和掌指关节的运动，手指底部的后 置粗橡胶管15和三个细橡胶管6的共同作用形成的弯曲和转动模拟人 类拇指根部的腕掌关节的运动。手指底部的腕掌关节的运动主要由三 个细橡胶管6的伸长量不同而产生，位于三个细橡胶管6外围的后置 粗橡胶管15是起到支撑作用。若手指底部腕掌关节处仅有三个细橡胶 管6构成，如专利200510049167.8的结构，则当整个手指弯曲到一定 程度以后，三个细橡胶管6会因为无法支撑手指头部的两个刚体1和 两个前置粗橡胶管2的重量而产生弯折。在三个细橡胶管6外围增设 一个后置粗橡胶管15，且此后置粗橡胶管15内部空间与外界空间相 通，使其内部气压保持恒定，因此这个后置粗橡胶管15可随着三个细 橡胶管6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多自由度柔性拟人手指，包括刚体、前置粗橡胶管和安装在所述前置粗橡胶管的一侧管壁中的约束钢丝，所述的前置粗橡胶管两端分别与所述的刚体密封连接，所述的前置粗橡胶管及刚体有多个且依次交错排列，每个前置粗橡胶管与刚体所构成的密封空间构成第一工作腔室；末端的刚体通过多个细橡胶管与一端盖连接，所述末端的刚体端面上安装有第一接头，所述的端盖的端面上安装有第二接头，所述的细橡胶管两端分别与第一接头和第二接头密封连接，细橡胶管与第一、第二接头所构成的密封空间构成第二工作腔室；所述的第一、第二工作腔室分别与一通气管相通，所述的第一工作腔室的通气管依次穿过所述的端盖及各个刚体而与各自的第一工作腔室相连，所述的第二工作腔室的通气管依次穿过所述的端盖及第二接头而与各自的第二工作腔室相连；其特征在于：所述末端的刚体和所述端盖之间还连接有一后置粗橡胶管，所述的后置粗橡胶管围绕在所述的多个细橡胶管的整体的外围，所述的后置粗橡胶管与所述细橡胶管之间的空间构成第三工作腔室，所述端盖上有开有将第三工作腔室与大气连通的通孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张立彬，张水波，鲍官军，杨庆华，李尚会，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]