[发明专利]一种腱绳驱动的变刚度软体手指及其软体手

说明书

本发明提出的一种腱绳驱动的变刚度软体手指及其软体手，属于软体机器人技术领域，包括导气管、软体基体，穿插在软基体上的腱绳、以及位于软体基体外部的电机和负压装置；软体基体内部具有沿手指长度方向开设的密闭容纳腔，容纳腔的内部装载有被软薄膜封装的刚度调节介质，且软薄膜与刚度调节介质构成的阻塞部件与容纳腔之间具有一定的变形空间，软薄膜通过导气管与负压装置连通；所述软体基体通过腱绳受电机驱动来模拟手指弯曲与伸直。本发明具有刚柔可变的特性，其工作效率高，操作简单，抓取力大，可控性良好，变刚度效果明显。

技术领域

本发明涉及一种腱绳驱动的变刚度软体手指及其软体手，属于软体机器人技术领域。

背景技术

近十几年来软体机器人技术迅速发展，不同于由连杆和运动副构成的传统机器人，软体机器人是模仿自然界中的软体动物，由可承受大应变的柔软材料制成，具有较大的柔韧性和连续变形的能力，环境适应性较强，软体机器人是机器人技术研究的全新方向，弥补了传统机器人在某些功能上的缺陷，很多方面都有其用武之地，发展前景一片光明。

作为末端执行器的软体手也受到国内外研究人员的广泛关注。传统的刚性机械手，一般由刚性模块通过运动副连接构成，具有运动精确的优点，但刚性结构的环境适应性较差，缺少柔顺性，不适用抓取如玻璃杯或草莓这样易碎或柔软的物品。与现有的刚性机械手不同，软体手具有更高的柔顺性以及操作的安全性。现对目前已经研制出的几类软体手进行分别说明：

1、由硅橡胶材料制成、使用气体驱动的软体抓手，部分已经使用到生产线上，具有柔顺性好、控制简单等优点，由于其采用气体驱动方式，虽结构简单，控制操作容易，但其存在控制不精确、抓取力不够以及刚度不可变等不足，需要进一步的改进和提升。

2、基于阻塞变刚度方法的末端执行器，阻塞变刚度方法主要分为颗粒阻塞和层阻塞两种，利用颗粒阻塞技术，研究人员已经设计出了很多令人印象深刻的结构，实现了许多刚度不可变软体机器人所不能实现的功能。如由颗粒阻塞原理制成的“哆啦A梦”手，圆球状可变外形加上负压装置使得其能良好的适应对各种物体的抓取，抓取力较大且具有可变刚度的特点，但其不可精确控制就增加了控制操作抓取的难度。

3、由腱绳驱动的软体手，目前该类软体手所采用的软体材质相对较硬，需要提供较大的驱动力才能满足控制精度；由于所采用的软体材质相对较硬，导致缺少刚度变化的过程，从而降低了抓取物体过程中软体手的柔顺性。

发明内容

本发明的目的是解决现有的气动软体手抓取力不足和控制精度不高的问题，提出一种腱绳驱动的变刚度软体手指及其软体手，以精确控制软体手指的运动，提高抓取的精准性和抓取的力度，通过电机驱动腱绳带动软体手的运动加上负压装置与阻塞结构的配合，实现可变刚度的特点，也能更好的完成对物体的精确抓取操作。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

一种腱绳驱动的变刚度软体手指，其特征在于，包括导气管、软体基体，穿插在所述软基体上的腱绳、以及位于所述软体基体外部的电机和负压装置；所述软体基体内部具有沿手指长度方向开设的密闭容纳腔，容纳腔的内部装载有被软薄膜封装的刚度调节介质，且所述软薄膜与所述刚度调节介质构成的阻塞部件与所述容纳腔之间具有一定的变形空间，所述软薄膜通过所述导气管与所述负压装置连通；所述软体基体通过腱绳受电机驱动来模拟手指弯曲与伸直。

进一步地，所述软体基体采用硅橡胶材料制成。

进一步地，所述刚度调节介质采用颗粒状物品。

进一步地，所述刚度调节介质采用层叠的复印纸。

本发明还提出一种由上述腱绳驱动的变刚度软体手指构成的软体手，包括手掌和若干上述变刚度软体手指；各变刚度软体手指的根部与所述手掌相连，各变刚度软体手指内的电机均集成在所述手掌内，各变刚度软体手指内的负压装置均设置与所述手掌外。

本发明的特点及有益效果：