[发明专利]一种刚柔耦合的多自由度类人灵巧手

说明书

本发明提供了一种刚柔耦合的多自由度类人灵巧手，包括柔性手指、刚性支撑外壳、刚性掌部关节、刚性腕部关节、驱动控制系统。其中所述的柔性手指、刚性掌部关节与刚性腕部关节固定于刚性支撑外壳之上，组成灵巧手的物理结构主体。驱动控制系统接收串口数据并根据串口数据向气动驱动器和电动驱动器分发控制信号，协调控制柔性手指、刚性掌部关节和刚性腕部关节的运动。本发明与传统刚性类人手相比造价便宜，传动简单，对抓取不同物体的适应性更高，系统鲁棒性更好，与一般软体类人手相比抓取负载能力强，抓取更加稳定。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种刚柔耦合的多自由度类人灵巧手。

背景技术

因工伤、意外事故、疾病和战争，全世界目前存在数百万上肢截肢患者。大多数截肢患者来自低收入国家或家庭，自身经济条件和家庭条件无力负担他们购买当前市场上动辄数十万人民币的类人手，如i-LimbHand、MichelangeloHand等，这类软体仿人手的成本主要来自微型精密的机械结构和传动结构，且这类类人手由于自身完全由刚性材料构成，虽然抓取的稳定性和可重复性高，负载能力较强，但是由于抓取时缺乏一定的柔顺性，易损坏一些脆弱的生活常见品或食物，给截肢患者带来困扰。

软体类人手一般通过常见流体如气体作为驱动介质，以气泵和气阀作为驱动控制对象，不需考虑复杂且精密的传动机构，能够有效降低生产成本，同时，软体类人手具有一定的柔顺性，能够较好的保护日常生活用品不受损伤。但是，当前公开的软体类人手的驱动器大多完全由柔性材料构成，自由度较低，负载能力差，抓取不稳定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种刚柔耦合的多自由度类人灵巧手。

根据本发明提供的一种刚柔耦合的多自由度类人灵巧手，包括多个柔性手指1、刚性支撑外壳2、刚性掌部关节3、刚性腕部关节4以及驱动控制系统，其中：

多个柔性手指1、刚性掌部关节3以及刚性腕部关节4紧固在刚性支撑外壳2上；

多个柔性手指1具有独立的弯曲自由度；

驱动控制系统控制多个柔性手指1的弯曲、刚性掌部关节3的转动以及刚性腕部关节4的转动。

优选地，所述多个柔性手指1包括设置在刚性支撑外壳2上的4个柔性手指和设置在刚性掌部关节3末端的1个柔性手指。

优选地，所述刚性掌部关节3包括近掌固定结构、近掌舵机、减速齿轮、远掌固定结构、远掌舵机以及拇指底座，其中：

近掌固定结构紧固于刚性支撑外壳表面，近掌舵机紧固于近掌固定结构上，通过减速齿轮将带动远掌固定结构转动，提供以手掌纵向延伸方向作为转轴的旋转自由度，远掌舵机固定于远掌固定结构之上，并控制拇指底座的旋转，提供以手掌横向延伸方向作为转轴的旋转自由度。

优选地，所述柔性手指1包括硅胶层、硬质限制层以及绕线限制层，其中：

硬质限制层和绕线限制层均设置在硅胶层内；

当硅胶层内气压增加进行延展时，硬质限制层对硅胶平面的延展进行限制，绕线限制层对硅胶周向的延展进行限制，使得硅胶层的延展展现为柔性手指1的弯曲运动。

优选地，所述驱动控制系统包括微型处理芯片，柔性手指控制子系统以及刚性腕部驱动模块，其中：

微型处理芯片接收串口接收指令，并将指令解码为控制信号，控制柔性手指控制子系统和刚性腕部驱动模块；

柔性手指控制子系统控制柔性手指1的弯曲运动；

刚性腕部驱动模块控制刚性腕部关节4的转动或者自锁运动。