[发明专利]一种防干扰气动手指及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防干扰气动手指及其制备方法。

背景技术

软体机器人在很多领域中都需要用到，例如工业领域中易碎物品的抓取、医疗手术中与人体组织的接触、抢险救灾中的探险与搜救、农业机器人对果实的抓取与采收等。为了实现柔性抓取，目前采用的材料有形状记忆性合金(SMA)、硅胶或橡胶、编织型弹性纤维，驱动方式主要有电机驱动、机械柔索驱动(或缆线驱动)、肌电控制(EMG)、气动等方式。以仿人形手指的制作为例，主要结构有“金属指骨+全弹性体材料(硅胶或橡胶)”(如中国专利文献ZL200680048498.2、ZL201611177289.X)、“鲍登线+柔性外骨骼”(如中国专利文献ZL201610018740.7)、“气动+编织型结构”(如中国专利文献ZL201610095373.0)、“气动+全弹性体材料(硅胶或橡胶)”(如中国专利文献ZL201510377294.4、ZL201620683993.1)等方式，根据使用需要有的结构中会加入限制应变层。

上述结构与人体手指非常近似，但使用中在功能上还存在以下不足：1)采用“金属指骨+弹性体材料”的方式不能实现不同物品抓取时表面接触的不同柔性要求；2)采用“气动+编织型结构或弹性体材料”容易受到外界干扰，当与其他物体发生碰撞、受到冲击时易引起形变、影响动作精度；3)目前大多数气动手指都采用单腔体式结构，自由度有限，充放气需要一定时间，如果要实现多自由度则结构和控制方式过于复杂，实用性和稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种防干扰气动手指及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种防干扰气动手指，包括气动中骨、末端手指、波浪形缓冲外套、末端联接装置、衬套和指根联接件；所述气动中骨和末端手指均设有两个内腔，气动中骨内的两个内腔分别连通末端手指内的两个内腔；所述波浪形缓冲外套套设于气动中骨外部，并且波浪形缓冲外套的内表面与气动中骨外表面之间设有间隙；所述波浪形缓冲外套的末端通过末端联接装置与气动中骨的末端可拆卸地密封固定连接；所述衬套可拆卸地密封固定在气动中骨的近端与波浪形缓冲外套的近端之间，衬套上设有能够向波浪形缓冲外套的内表面与气动中骨外表面之间的间隙内充气的外充气口；所述指根联接件可拆卸地密封固定在气动中骨的近端端部，指根联接件上设有两个能够分别向气动中骨的两个内腔中充气的内充气口。所述气动中骨、末端手指、波浪形缓冲外套均采用弹性材料，且其柔性依次提高。

所述气动中骨和末端手指为一体式结构。

所述波浪形缓冲外套的波峰部位的内侧封装有铁丝环和用于支撑铁丝环的软体铁丝支撑环。

所述末端联接装置包括卡簧、密封圈和第一卡箍及其锁紧装置；所述卡簧封装在气动中骨的末端内侧；所述气动中骨的末端设有环形凸台，环形凸台上设有环形燕尾槽；所述密封圈将波浪形缓冲外套的末端收紧在气动中骨的环形燕尾槽内，并通过第一卡箍及其锁紧装置锁紧。

所述气动中骨的环形凸台与末端手指之间设有限位挡环。

所述衬套采用带通孔的台阶式结构；所述衬套的小端深入气动中骨的近端与波浪形缓冲外套的近端之间，衬套的小端与气动中骨之间设有间隙，波浪形缓冲外套的近端通过第二卡箍及其锁紧装置锁紧在衬套的小端上；所述衬套的大端与气动中骨过盈配合；所述外充气口设置在衬套的大端的侧面，并通过设置在衬套的大端内部的“L”型充气通道连通衬套的小端的内腔。所述外充气口的进气管路上设有压力传感器和压力补偿控制系统。

所述指根联接件包括联接座和对称设置在联接座上的两个截面呈半圆环形的联接头；所述两个联接头从气动中骨的近端端部分别插入气动中骨的两个内腔中，并通过第三卡箍及其锁紧装置锁紧；所述两个内充气口分别设置在联接座的两侧，并分别连通两个联接头的内腔；所述联接座上还对称设有两个联接环。两个联接环的设置方向与两个内充气口的设置方向呈90°。两个内充气口的进气管路分别采用双电控电磁阀换向、电比例减压阀控制压力。

所述防干扰气动手指的制备方法，包括以下步骤：

①、先采用3D打印或浇注的方法得到内腔为圆柱形的一体式结构的气动中骨与末端手指；

②、再在气动中骨的末端内侧放入卡簧；

③、用浇注的方法在气动中骨的内腔中对卡簧进行固定封装，并得到贯通气动中骨与末端手指内侧的两腔隔板，从而形成两个内腔；

④、采用浇注的方法制作波浪形缓冲外套；

⑤、通过密封圈将波浪形缓冲外套的末端收紧在气动中骨的环形燕尾槽内，并通过第一卡箍及其锁紧装置锁紧；