[发明专利]一种柔顺性可控的仿生手指

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人技术领域，尤其是一种柔顺性可控的仿生手指。

背景技术

目前，机械臂末端的多指灵巧手手指若采用刚性结构，容易造成两个方面的问题：一是不符合人类手指的实际情况，不能很好地达到仿生的要求；二是容易对一些物体表面造成损伤以及难以实现柔顺抓握。但是使用通常的柔性不可控结构，手指形变量又得不到保证，形变过大会造成损坏，不能自我保护。随着智能机器人技术的发展, 开发和研制实用的柔顺可控触觉传感器,即柔顺性可控的仿生手指, 以提高机器人与外部世界相互协调工作的能力, 是机器人技术发展的关键技术之一。

发明内容

为了提高机器人与外部世界相互协调工作的能力，本发明提供一种柔顺性可控的仿生手指。该仿生手指是一种基于磁流变液的柔顺可控手指，磁流变液是一种智能材料，能实现连续的、可控的“液—固”状态转换，可以通过控制加在磁流变液上的磁感应强度来控制其粘稠度和屈服应力大小。当施加力给仿生手指时，能保证手指形变量在一定范围内，不至于过大而损坏，也不至于过小而柔性不足，以提高机器人与外部世界相互协调工作的能力。

    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该仿生手指包括:浇注成手指状的仿生皮肤，电磁线圈，应变片传感器，磁流变液，密封凸台，刚性支撑体，手指控制盒，指甲座，密封胶，密封垫圈，紧定螺钉；该柔顺性可控的仿生手指主要由仿生手指皮层结构、仿生手指内部结构和仿生手指的电路结构构成。

构成仿生手指皮层结构的主要特征为，仿生皮肤采用硅橡胶浇注成手指状，共有三层，仿生皮肤内层、仿生皮肤中间层和仿生皮肤最外层；仿生皮肤内层，其表面均匀绕制铜质的电磁线圈，电磁线圈两端引线引出皮肤；仿生皮肤中间层的下表面粘有应变片传感器，应变片采用的是KFH-03-5-C1-11L1M2R型应变片（测量网格0.3mm×1.96mm，载体尺寸4.5mm×3.9mm），贴片位置为仿生手指受力主应力最大的位置；仿生皮肤最外层的下表面带有仿手指纹理，达到模拟手指指纹和增大仿生手指与接触物体的摩擦力的作用，应变片传感器的引出线要引出皮肤，仿生手指上表皮钻有2个开孔，开口端钻有4个开孔。

构成仿生手指内部结构的结构特征主要是，在整个仿生手指内部填充有磁流变液，磁流变液7以聚合物PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）包覆的羰基铁(5000目)为悬浮颗粒、以硅油为母液、以油酸和OP乳化剂等为表面活性剂，采用强制搅拌工艺配制得到；该磁流变液易于分散且沉降稳定性好。在仿生手指开口端设有密封凸台，密封凸台和刚性支撑体及手指控制盒通过螺纹连成一体，其中与刚性支撑体相连接的螺纹孔为M6，与仿生皮肤连接的螺纹孔为M3，与手指控制盒连接的螺纹通孔为M3；密封凸台采用树脂材料制成，增加其与硅橡胶皮肤贴合密封性；仿生皮肤和密封凸台间通过聚氨酯密封胶粘接，在仿生皮肤最外层垫有密封垫圈，由紧定螺钉连接固定，能够有效地对仿生手指进行严格密封，防止磁流变液泄漏。刚性支撑体置于仿生手指内部，一端与密封凸台配合的外螺纹连接，另一端伸至手指指尖处，其外形为圆柱形，在其侧面有两个与指甲盖螺钉配合的螺纹孔，刚性支撑体采用的是磁芯，一方面起到支撑手指作用，另一方面磁芯可以增大线圈的磁场，使磁流变效应发生的更为迅速，缩短磁流变效应的时间。密封凸台的另一端连接的是手指控制盒，手指控制盒为塑料材质，内部带有控制电路。手指上表皮通过螺钉穿过开口和刚性支撑体连接达到指甲座的固定，指甲座材质为尼龙，其作用是模拟真实手指指甲和配合刚性支撑体起支撑仿生手指的作用。

该仿生手指的电路特征主要为：手指控制盒中的控制电路主要由三运放高共模抑制比放大电路、数模转换及单片机芯片原理电路、晶振电路、复位电路、电源电路组成。