氣動柔性人工手指的製作方法
2023-10-31 01:57:42 2
專利名稱：氣動柔性人工手指的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及人工手指，尤其涉及基於氣動技術的柔性人工手指，適用於機器人多指靈巧手的設計。
背景技術：
機器人靈巧手的設計是機器人設計中的主要內容，也是最關鍵的難點，機器人靈巧手的性能直接決定了機器人的性能。在本實用新型做出之前，傳統的靈巧手設計大都採用純機械結構，利用電機或者液壓驅動，利用機械部件作為執行端，其主要缺點是需要電機、傳動裝置等輔助機構，外形龐大，結構複雜，柔順性能差，不能主動適應目標的外形，容易對抓取目標造成損傷，影響實施效果。
也有人提出氣動柔性關節，如申請號為200410017444.2的中國發明專利提供了一種氣動柔性彎曲關節，由橡膠管、嵌套在橡膠管管壁中的螺旋金屬絲和端蓋組成，在其中一個端蓋上開設有與大氣相通的通孔，在橡膠管的一側管壁中還安裝有約束鋼絲，約束鋼絲和螺旋金屬絲的每一匝纏繞。但是一個單一的關節只具有一個自由度且手指的轉動還需要依靠其他的機構，工作範圍狹窄，只能完成簡單的動作、抓取較小的目標物，而無法完成更加複雜的動作。
發明內容為了克服現有技術中氣動人工手指自由度少、工作範圍狹窄、只能完成簡單動作的不足，本實用新型提供一種多自由度、工作範圍廣、能完成更加複雜動作的氣動柔性人工手指。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是氣動柔性人工手指，包括剛體、粗橡膠管和安裝在所述粗橡膠管的一側管壁中的約束鋼絲，所述的粗橡膠管兩端分別與所述的剛體密封連接，其特徵在於所述的粗橡膠管及剛體有多個，所述的粗橡膠管與剛體依次交錯排列，粗橡膠管中的約束鋼絲位於同一側，每個粗橡膠管與剛體所構成的密封空間構成工作腔室；末端的剛體通過細橡膠管與一端蓋連接，所述末端的剛體端面上安裝有第一接頭，所述的端蓋的端面上安裝有第二接頭，所述的細橡膠管兩端分別與第一接頭和第二接頭密封連接，細橡膠管與第一、第二接頭所構成的密封空間構成第二工作腔；所述的工作腔室分別與一通氣管相通，所述的通氣管依次穿過所述的端蓋及各個剛體而與各自的工作腔室相連；所述的第二工作腔與一通氣管相通，所述的通氣管依次穿過所述的端蓋及第二接頭而與各自的第二工作腔相連。
進一步，所述的細橡膠管有三個且均勻分布，各個細橡膠管兩端分別與各自的第一、第二接頭密封連接。
再進一步，所述粗橡膠管的管壁中還嵌套有螺旋金屬絲，所述的約束鋼絲與所述螺旋金屬絲的每一匝纏繞；所述的細橡膠管的管壁中嵌套有螺旋金屬絲。
更進一步，所述的粗橡膠管有兩個。
本實用新型所述的氣動柔性人工手指的有益效果主要表現在可以根據需要設計出多自由度的且可轉動的氣動人工手指，由於具有多個自由度且可轉動，可以完成更加複雜的動作，基於氣動技術設計，採用橡膠管作為執行件，柔順性能高，對目標物的適應能力更強。
(四)
圖1是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步描述。
實施例一參照圖1，本實施例為五自由度氣動柔性人工手指，具有三個剛體1、兩個粗橡膠管2和一個端蓋3，粗橡膠管2和剛體1依次交錯排列，粗橡膠管2的兩端通過強力膠與剛體1密封連接。粗橡膠管2的一側管壁中設有約束鋼絲4，且每個粗橡膠管2中的約束鋼絲4都位於同一側，約束鋼絲4可通過螺釘固定在剛體1上。每個粗橡膠管2與剛體1所構成的密封空間構成工作腔室5。末端的剛體其端面上均勻安裝有三個第一接頭6(圖中只畫出一個)，端蓋3的端面上均勻安裝有三個第二接頭7(圖中只畫出一個)，三個細橡膠管8(圖中只畫出一個)的兩端分別與各自的第一、第二接頭通過強力膠密封連接。細橡膠管8與第一、第二接頭所構成的密封空間構成第二工作腔9。
每個工作腔室5都有一根通氣管10與其相通，每個第二工作腔9也有一根通氣管10與其相通，通氣管10是這樣設置的通往工作腔室的通氣管從端蓋3開始依次穿過各個剛體到達各自的工作腔室5，通往第二工作腔9的通氣管依次穿過端蓋3及第二接頭7而與各自的第二工作腔9相連。因此，端蓋3上開設有五個孔供通氣管10通過，從末端的剛體開始起，各個剛體上依次需要開設兩個、一個孔供通氣管10通過，另一端部的剛體不需要開設孔。
本實用新型的工作原理是通過通氣管10把壓縮氣體通入各個工作腔室5及第二工作腔9中，橡膠管的彈性管壁就要軸向伸長。只要通入第二工作腔9的氣體的壓力不同，就可使得三個細橡膠管8的伸長幅度產生差異，就可實現手指的轉動。由於約束鋼絲4的作用，粗橡膠管管壁的具有約束鋼絲4一側伸長的速度和幅度均小於未設置約束鋼絲4的一側，其結果是整個粗橡膠管2向具有約束鋼絲4的一側彎曲，控制通入各個工作腔室5的氣體壓力，就可以使得手指產生不同程度的運動彎曲。釋放工作腔室5及第二工作腔9內的高壓氣體，由於橡膠的回覆彈性，整個手指恢復原始狀態。
實施例二參照圖1，粗橡膠管2的管壁中還嵌套有螺旋金屬絲11，所述的約束鋼絲4與所述螺旋金屬絲11的每一匝纏繞。所述的細橡膠管的管壁中嵌套有螺旋金屬絲。當向工作腔室5中通入壓縮氣體時，螺旋金屬絲11可以限制粗橡膠管管壁的徑向膨脹，避免手指的徑向變形。所述的細橡膠管8的管壁中也嵌套有螺旋金屬絲11，使得細橡膠管8具有一定的剛性，避免因為細橡膠管8過於柔軟而難於控制。
實施例三本實施例為四自由度氣動柔性人工手指，具有兩個剛體、一個粗橡膠管和一個端蓋，粗橡膠管和剛體依次交錯排列，粗橡膠管的兩端通過強力膠與剛體密封連接。粗橡膠管的一側管壁中設有約束鋼絲，且每個粗橡膠管中的約束鋼絲都位於同一側，約束鋼絲可通過螺釘固定在剛體上。每個粗橡膠管與剛體所構成的密封空間構成工作腔室。其中一端的剛體其端面上均勻安裝有三個第一接頭，端蓋的端面上均勻安裝有三個第二接頭，三個細橡膠管的兩端分別與各自的第一、第二接頭通過強力膠密封連接。細橡膠管與第一、第二接頭所構成的密封空間構成第二工作腔。
每個工作腔室都有一根通氣管與其相通，每個第二工作腔也有一根通氣管與其相通，通氣管是這樣設置的通往工作腔室的通氣管依次穿過端蓋和剛體到達工作腔室，通往第二工作腔的通氣管依次穿過端蓋及第二接頭而與各自的第二工作腔相連。因此，端蓋上開設有四個孔供通氣管通過，與端蓋相鄰的剛體需要開設一個孔供通氣管通過，另一個剛體不需要開設孔。
實施例四本實施例為六自由度氣動柔性人工手指，具有四個剛體、三個粗橡膠管和一個端蓋，粗橡膠管和剛體依次交錯排列，粗橡膠管的兩端通過強力膠與剛體密封連接。粗橡膠管的一側管壁中設有約束鋼絲，且每個粗橡膠管中的約束鋼絲都位於同一側，在粗橡膠管的管壁中還嵌套有螺旋金屬絲，所述的約束鋼絲與所述螺旋金屬絲的每一匝纏繞。約束鋼絲可通過螺釘固定在剛體上。每個粗橡膠管與剛體所構成的密封空間構成工作腔室。末端的剛體其端面上均勻安裝有三個第一接頭，端蓋的端面上均勻安裝有三個第二接頭，三個細橡膠管的兩端分別與各自的第一、第二接頭通過強力膠密封連接。細橡膠管與第一、第二接頭所構成的密封空間構成第二工作腔。
每個工作腔室都有一根通氣管與其相通，每個第二工作腔也有一根通氣管與其相通，通氣管是這樣設置的通往工作腔室的通氣管從端蓋開始依次穿過各個剛體到達各自的工作腔室，通往第二工作腔的通氣管依次穿過端蓋及第二接頭而與各自的第二工作腔相連。因此，端蓋上開設有六個孔供通氣管通過，從末端的剛體開始起，各個剛體上依次需要開設三個、兩個、一個孔供通氣管通過，另一端部的剛體不需要開設孔。
權利要求1.氣動柔性人工手指，包括剛體、粗橡膠管和安裝在所述粗橡膠管的一側管壁中的約束鋼絲，所述的粗橡膠管兩端分別與所述的剛體密封連接，其特徵在於所述的粗橡膠管及剛體有多個，所述的粗橡膠管與剛體依次交錯排列，粗橡膠管中的約束鋼絲位於同一側，每個粗橡膠管與剛體所構成的密封空間構成工作腔室；末端的剛體通過多個細橡膠管與一端蓋連接，所述末端的剛體端面上安裝有第一接頭，所述的端蓋的端面上安裝有第二接頭，所述的細橡膠管兩端分別與第一接頭和第二接頭密封連接，細橡膠管與第一、第二接頭所構成的密封空間構成第二工作腔；所述的工作腔室分別與一通氣管相通，所述的通氣管依次穿過所述的端蓋及各個剛體而與各自的工作腔室相連；所述的第二工作腔與一通氣管相通，所述的通氣管依次穿過所述的端蓋及第二接頭而與各自的第二工作腔相連。
2.如權利要求1所述的氣動柔性人工手指，其特徵在於所述的細橡膠管有三個且均勻分布，各個細橡膠管兩端分別與各自的第一、第二接頭密封連接。
3.如權利要求1或2所述的氣動柔性人工手指，其特徵在於所述粗橡膠管的管壁中還嵌套有螺旋金屬絲，所述的約束鋼絲與所述螺旋金屬絲的每一匝纏繞；所述的細橡膠管的管壁中嵌套有螺旋金屬絲。
4.如權利要求3所述的氣動柔性人工手指，其特徵在於所述的粗橡膠管有兩個。
專利摘要氣動柔性人工手指，包括剛體、粗橡膠管和安裝在粗橡膠管的一側管壁中的約束鋼絲，多個粗橡膠管與剛體依次交錯排列，粗橡膠管兩端分別與剛體密封連接，每個粗橡膠管與剛體所構成的密封空間構成工作腔室；末端的剛體通過細橡膠管與一端蓋連接，末端的剛體及端蓋的端面上安裝有接頭，細橡膠管兩端分別與接頭密封連接，細橡膠管與接頭所構成的密封空間構成第二工作腔；所述的工作腔室和第二工作腔分別與通氣管相通。本實用新型可以完成更加複雜的動作，基於氣動技術設計，採用橡膠管作為執行件，柔順性能高，對目標物的適應能力更強。
文檔編號B25J15/12GK2774719SQ20052010074
公開日2006年4月26日 申請日期2005年3月2日 優先權日2005年3月2日
發明者張立彬, 楊慶華, 鮑官軍, 阮健 申請人:浙江工業大學