[发明专利]一种仿生机械手

说明书

本发明公开了一种仿生机械手，包括手指骨架单元、手指关节驱动单元、手掌骨架单元及手掌开合转动单元，手指关节驱动单元及手掌开合转动单元均为凝胶驱动器，手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成机械手指，手掌骨架单元设有手掌开合转动单元，手掌开合转动单元分别设于大拇指下方的手掌骨架单元处及设于小拇指和无名指下方的手掌骨架单元处，机械手指与手掌骨架单元连接形成仿生机械手。本发明机械手每个手指关节可单独控制，灵敏度高，活动灵活。本发明通过采用凝胶材料使机械手达到高度的拟人状态，不仅能够用作机器人的器械手，也可作为残疾人士的假肢，还可作为辅助手部康复的康复手套，应用范围极其广泛，对社会意义极大。

技术领域

本发明涉及智能材料与智能结构领域，尤其涉及一种仿生机械手。

背景技术

PVC凝胶(poly vinylchloride-ge1，简称PVC)是一种电活性聚合物具有高应变在电场中会向阳极产生蠕动变形。根据这个特性，PVC凝胶适用于仿生机械手的应用。

现有的仿生类的机械手的关节弯曲多由机械链动结构，如已公开专利CN106737789A，一种仿生机械手臂及机器人，属于人工智能领域。该仿生机械手臂包括手掌组手掌组件包括中指组件，中指组件与手掌组件固定相连。中指组件包括第一中指连杆、第一中指节、第二中指节和第三中指节，第一中指节一端与手掌组件固定相连，第一中指节、第二中指节和第三中指节依次铰接。所述第一中指连杆一端固定连接于所述第一中指节，所述第一中指连杆另一端固定连接于第三中指节。类似该专利的关节结构都存在以下问题，关节僵硬、转动不灵活，转动范围具有较大的局限性；由于关节为硬性机械材料的局限性，抓取不够精确，与真手抓取精度相差较远；运用范围窄，只能运用在机械设备上。并且通过电机驱动，每根手指都需要单独的电机及电机控制器，整体结构庞大，多电机的存在质量重维护难等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用PVC凝胶材料且抓取精准、适用范围广的仿生机械手。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种仿生机械手，包括手指骨架单元、手指关节驱动单元、手掌骨架单元及手掌开合转动单元，所述手指关节驱动单元及手掌开合转动单元均为凝胶驱动器，所述手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成机械手指，所述机械手指包括小拇指、大拇指、无名指、中指和食指，所述手掌骨架单元设有手掌开合转动单元，所述手掌开合转动单元分别设于大拇指下方的手掌骨架单元处及设于小拇指和无名指下方的手掌骨架单元处，机械手指与手掌骨架单元连接形成仿生机械手。

进一步的，所述手掌骨架单元末端设有手腕转动单元，所述手腕转动单元为凝胶驱动器，所述手腕转动单元一侧连接有外部链接部。

进一步的，所述手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成整根手指中部连通的机械手指，所述手掌骨架单元中空，所述手掌骨架单元、手指骨架单元与手指关节驱动单元连接形成可穿戴式结构。

进一步的，所述手指骨架单元包括手指关节驱动单元之间的中空柱形关节及机械手指端部的帽形手指端。

进一步的，手指关节驱动单元的凝胶驱动器连接于手指骨架单元的正面及背面。或者凝胶驱动器连接两个手指骨架单元的两端处实现弯曲运动。

进一步的，手指关节驱动单元的凝胶驱动器包括支撑链接片及凝胶驱动单元，所述支撑链接片与手指骨架单元连接，所述凝胶驱动单元设于支撑链接片的一侧或者两侧。

进一步的，凝胶驱动单元包括凝胶层，所述凝胶层为单层或多层结构，凝胶层之间设有柔性电极。

进一步的，所述凝胶层内设有纤维层，所述凝胶层的前侧和后侧分别设有阴极和阳极，所述阴极与支撑链接片之间设有阴极绝缘层，阳极外侧设有阳极绝缘层。

进一步的，所述支撑链接片为片状结构，所述片状结构上设有多个凹槽。