[发明专利]一种刚柔软耦合可变刚度单指骨架

说明书

本发明提供一种刚柔软耦合可变刚度单指骨架，包括指尖（1）、中指节（2）、下指节（3）和末指节（4），所述指尖与中指节之间、所述中指节与下指节之间，所述下指节与末指节之间均通过变刚连接轴（5）活动连接；所述变刚连接轴包括锁紧锥轴（6）和设于锁紧锥轴内的充气膨胀件，所述指尖、中指节、下指节和末指节设有锁紧孔（7），所述锁紧锥轴与锁紧孔相适配，当充气膨胀件充气时，所述锁紧锥轴与锁紧孔过盈配合，相邻两个指节相对固定；当充气膨胀件排气时，所述锁紧锥轴与锁紧孔间隙配合，相邻两个指节相对转动。本发明能够实现快速高效的改变软体机器人在运动过程中的刚度，可以使手指更好地贴合物体，更好地抓取易损物体。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种刚柔软耦合可变刚度单指骨架。

背景技术

随着科技的不断进步，传统的刚体机器人由于驱动形式单一，惯性大，无法直接和人、环境进行交互，导致无法参与到特殊的应用场景来。软体触手型机器人是由柔软的材料制作而成，软体触手型机器人的优点在于它可以实现很多刚体机器人不能完成的运动和动作。例如：扭转、伸展、柔性接触等操作。但是软体触手型机器人牺牲了刚度才换取来高柔性和无限自由度的特点，也正是因为软体触手型机器人缺少了刚度，导致了该类型机器人很难在生活中得到运用，如抓取力度不大，物品容易掉落等。如何能够让软体触手型机器人在不改变其高柔性和无限自由度的特点同时可以快速的提高其刚度，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明为了解决现有软体触手型机器人刚度不够的问题，提供一种能够实现快速高效的改变软体机器人在运动过程中的刚度，可以使手指更好地贴合物体，更好地抓取易损物体的刚柔软耦合可变刚度单指骨架。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种刚柔软耦合可变刚度单指骨架，包括指尖、中指节、下指节和末指节，所述指尖与中指节之间、所述中指节与下指节之间，所述下指节与末指节之间均通过变刚连接轴活动连接；所述变刚连接轴包括锁紧锥轴和设于锁紧锥轴内的充气膨胀件，所述指尖、中指节、下指节和末指节的连接端分别设有锁紧孔，所述锁紧锥轴与锁紧孔相适配，当所述充气膨胀件充气时，所述锁紧锥轴与锁紧孔过盈配合，相邻两个指节相对固定；当所述充气膨胀件排气时，所述锁紧锥轴与锁紧孔间隙配合，相邻两个指节相对转动。

本发明通过在指尖与中指节之间、中指节与下指节之间，下指节与末指节之间采用变刚连接轴活动连接，通过改变充气膨胀件内气压的状态，高效变刚，当所述充气膨胀件充气时，所述锁紧锥轴与锁紧孔过盈配合，相邻两个指节相对固定，为锁紧状态，表现为刚度高，可以在不影响运动状态的前提下大大提高刚度，提高抓取力度等作业能力；当所述充气膨胀件排气时，所述锁紧锥轴与锁紧孔间隙配合，相邻两个指节相对转动，为自由状态，变现为刚度低，可以保持软体触手型机器人自身的柔性和自由度。

优选地，所述指尖包括指尖本体，所述指尖本体设有凹槽，所述凹槽内设有压力传感器，所述凹槽外设有盖板。压力传感器可以实时测试指尖的受力状况，具有一定的力感知能力，便于控制刚柔软耦合可变刚度单指骨架。

优选地，所述凹槽的腔体为圆柱体，所述凹槽的内壁对称设有一对导向槽，两个导向槽的下端分别沿圆周反向延伸形成有锁紧槽；所述盖板为圆形，且两侧对称设有一对滑块，所述盖板靠近边缘处设有旋钮，所述滑块与导向槽和锁紧槽相适配。

在本申请的上述技术方案中，在安装压力传感器时，先将压力传感器放入凹槽内，然后将盖板的滑块与导向槽对齐放入凹槽内，通过转动旋钮，使得滑块滑入锁紧槽内，完成装配。该装配结构设计巧妙，在运动过程中具有锁紧功能，防止压力传感器掉落，安全性高。

优选地，所述指尖本体的端部设有第一连接耳，所述中指节包括相互扣合的中指卡板和中指盖板，所述锁紧孔形成于中指盖板的两端，所述中指卡板与锁紧孔对应处设有两个固定孔，所述第一连接耳位于中指节一端的锁紧孔和固定孔之间且三者同心贴合，所述变刚连接轴依次贯穿锁紧孔、第一连接耳和固定孔，形成铰接结构。