[发明专利]基于气动人工肌肉的柔性驱动仿生按摩机械手

摘要

本发明涉及一种基于气动人工肌肉的柔性驱动仿生按摩机械手，属于柔性驱动和仿生机械技术领域。由气动人工肌肉组成的并联柔性驱动单元，能够实现各个手指的多自由度运动，使得机械手具有高度灵活性。本发明提供的机械手具有16个运动自由度，其功能集成度高、柔性大、结构紧凑，可实现模拟人手的推、按、揉、捏等按摩动作。同时，本发明通过触觉感知单元感知人体不同部位组织硬度从而调节按摩力度，提升了机械手的智能化程度。在此基础上，可以与近红外血管成像模块、红外热成像模块等进一步集成，为人体按摩质量提供有效表征手段及评价机制，进一步提升按摩效果，因此在家庭服务机器人、医疗康复、中医理疗等领域具有重要应用价值。

主权项

1.一种基于气动人工肌肉的柔性驱动仿生按摩机械手，其特征在于：通过压缩空气进行驱动，包括并联柔性驱动单元、触觉感知单元、超声驱动单元、压电振子单元、柔性人工皮肤、仿生手掌，所述并联柔性驱动单元分布在五个手指上，其中拇指上的并联柔性驱动单元安装在拇指安装座(15)上，其余四个并联柔性驱动单元安装在仿生手掌的手掌本体上；触觉感知单元黏附于手掌掌心平面以及五个手指指尖表面；压电振子单元安装于指尖内部；超声驱动单元安装于手掌基座(14)的近拇指端，超声驱动单元中的超声电机(16)与非接触式磁性角位移传感器(18)安装在近拇指端的手背凹槽内，拇指安装座(15)安装于手掌基座(14)的侧面并与之贴合；柔性人工皮肤(1)包裹在手掌、手指表面；所述并联柔性驱动单元是：指端基座(5)底面加工有三个呈120度环形对称分布的螺纹孔以及一个靠近圆周边缘的螺纹孔，三根气动人工肌肉(7)呈120°环形对称分布，通过螺纹与指端基座(5)刚性固连；所述超声驱动单元是：超声电机(16)的输出轴(20)通过与拇指安装座(15)的孔过盈配合实现超声电机(16)与拇指安装座(15)的固连，非接触式磁性角位移传感器(18)通过强力胶固连于手掌近拇指端的矩形凹槽内壁上，环状双极磁铁(17)内孔与超声电机(16)的驱动轴(19)过盈配合；所述压电振子单元是：第一、第二弯振模块(25、26)的轴心均加工有螺纹通孔，从上到下依次与加工有外螺纹的中心立柱(27)通过螺纹副刚性连接，并放置在指端基座(5)的环形凹槽内；第一弯振模块(25)、第二弯振模块(26)产生弯振传播至指端顶盖(4)，且第一弯振模块(25)产生的弯振和第二弯振模块(26)产生的弯振在空间上存在的相位差；所述柔性人工皮肤(1)为通过3D打印制备的一体式变密度软体结构，可实现柔性牵拉和高弹性回复，能够紧密包络于手掌、手指表面；柔性人工皮肤上设有缺口，其包络于五个手指的指端表面为分布有颗粒状凸起微阵列结构(2)的非光滑形态表面；使用强力胶将柔性人工皮肤(1)与手掌基座14固连。