[发明专利]一种多关节柔性机械手

说明书

技术领域：

本发明涉及一种多关节柔性机械手，机械手有三个灵巧手指，每个灵巧 手指上均具有单根膨胀肌肉和多个单自由度关节，靠流体驱动膨胀肌肉的作 用产生抓持力；此机械手应用于易碎的脆性物体，和形状、大小变化的异形 物体的抓持，属于机器人、机电一体化的应用技术领域。

背景技术：

抓持机械手应用于易碎的脆性物体(如禽蛋、瓷器)和形状、大小变化 的异形物体(如水果、化妆品瓶子)时，需要精确控制位移和抓持力，否则 会损坏这些类物品，但因为成本问题，精确控制机械手难以在农业、轻工业 等行业广泛应用。为克服精确控制要求和制造成本之间的矛盾，现有的机械 手也常采用柔性的结构杆件，靠结构杆件的弹性变形实现自由度的柔性和抓 持力的缓冲性；但结构杆件的弹性变形是非线性的大挠度变形，也难以实时 的精确计算与控制。

本发明克服了现有机械手实时的精确控制与制造成本的矛盾，利用柔性 关节和驱动肌肉的特性，而不是依靠弹性变形的结构杆件，实现对物体形状、 大小和抓持力的柔性自适应，采用时间控制或压力控制，以降低机械手结构 和控制部分的成本，更好地应用于水果的采摘、分拣和异形物体的抓持。

发明内容：

本发明通过膨胀肌肉与活页铰链骨架或柔性铰骨架装配，由多个单自由 度关节构成了灵巧手指；三根灵巧手指各自安装在三爪卡盘的三个卡爪上， 形成多关节柔性机械手。

本发明构造的是具有柔顺性的、轴向膨胀型肌肉，膨胀肌肉主体是弹性 波纹管，而且在膨胀肌肉壁内，不能伸长的、柔性的经丝和纬丝被编织，从 而限制弹性波纹管径向膨胀、而轴向弹性膨胀是不费力的。膨胀肌肉的柔顺 性表现为膨胀肌肉在铰链骨架限制下的顺应性变形行为。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

如附图1、2所示，三根灵巧手指1分别倾斜地安装在三爪卡盘3的卡 爪2上，每根灵巧手指1的抓持作用面上均粘贴有缓冲橡胶4。

如附图3、4、5所示，灵巧手指1的一种结构是采用柔性铰骨架，柔性 铰骨架可以是两柔性铰，也可以由更多柔性铰构成；附图3给出的是两柔性 铰骨架8的形式。膨胀肌肉13靠卡箍12夹紧在头座5和尾座11的波纹卡口 上，膨胀肌肉13、头座5和尾座11构成的封闭空腔；流体通过接头10进入 封闭空腔，接头10旋在尾座11上，中间有密封圈9密封；两柔性铰骨架8 的两端由螺钉固定在头座5和尾座11上，中间夹有调节块6和指骨7；膨胀 肌肉13壁内有环形纬丝16、和沿轮廓分布的、与环形纬丝16编织在一起的 经丝15，在膨胀肌肉13波纹的波谷处套有刚性箍14。

如附图6、7所示，两柔性铰骨架8是由弹簧钢制造。

如附图8所示，灵巧手指1的另一种结构是采用活页铰链骨架，活页铰 链骨架可以是两活页铰链，也可以由更多活页铰链构成；附图8给出的是两 活页铰链骨架18的形式。膨胀肌肉13靠卡箍12夹紧在头座5和尾座11的 波纹卡口上，膨胀肌肉13、头座5和尾座11构成的封闭空腔；流体通过接 头10进入封闭空腔，接头10旋在尾座11上，中间有密封圈9密封；两活页 铰链骨架18的两端由螺钉固定在头座5和尾座11上，中间夹有调节块6和 指骨7；同前所述，膨胀肌肉13壁内有环形纬丝16、和沿轮廓分布的、与环 形纬丝16编织在一起的经丝15，在膨胀肌肉13波纹的波谷处套有刚性箍14。

如附图9、10所示，两活页铰链骨架18由铰链芯轴18a、中间活页18b、 和边活页18c构成。扭弹簧17安装在铰链芯轴18a上，扭弹簧17位于中间 活页18b的中部(附图9、10为表示清楚，拆卸了扭弹簧17)，中间活页18b 的外侧是边活页18c；中间活页18b四个角除了用于安装铰链芯轴18a的四 个圈圆之外，还留有四个凸边；凸边的作用是在铰链伸直状态时，扭弹簧17 被预紧，铰链不能再顺时针转动，逆时针转动需要克服扭弹簧17的扭矩。

本发明与已有技术相比具有以下优点：