申请/专利权人：浙江理工大学

申请日：2019-07-10

公开（公告）日：2024-02-13

公开（公告）号：CN110281257B

主分类号：B25J15/00

分类号：B25J15/00;B25J9/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.13#授权;2019.10.29#实质审查的生效;2019.09.27#公开

摘要：本发明公开了可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指及其工作方法。现有柔性机械手指存在转向单一、弯曲姿态固定、抓取复杂形态物体难等问题。本发明的手指模块一包括气腔体一和气腔体二；手指模块二包括气腔体三和气腔体四；手指起始端盖板封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二一端，气腔体间隔板二封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二另一端；手指模块二的气腔体三和气腔体四一端也由气腔体间隔板二封闭，另一端由手指末端封闭；气腔体一、气腔体二、气腔体三和气腔体四均包括沿通气孔轴向排布且一体成型的多个褶皱形变体。本发明可实现多向弯曲，并且具有多种弯曲姿态，能够适应多种形状尺寸的复杂抓取对象。

主权项：1.可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指，包括手指模块一、手指模块二、气腔体间隔板一、气腔体间隔板二、手指起始端盖板和手指末端，其特征在于：所述的手指模块一包括气腔体一和气腔体二；气腔体一与气腔体二和一个约束体固定并合围成手指模块一的封闭侧壁，气腔体一与气腔体二之间由固定在该约束体上的一块气腔体间隔板一隔开；所述的手指模块二包括气腔体三和气腔体四；气腔体三与气腔体四和另一个约束体固定并合围成手指模块二的封闭侧壁，气腔体三与气腔体四之间由固定在该约束体上的另一块气腔体间隔板一隔开；所述的手指起始端盖板和气腔体间隔板二固定在手指模块一两端，手指起始端盖板封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二一端，气腔体间隔板二封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二另一端；所述的手指模块二一端固定在气腔体间隔板二上，另一端固定有手指末端；手指模块二的气腔体三和气腔体四一端也由气腔体间隔板二封闭，另一端由手指末端封闭；所述的手指起始端盖板开设有进气口一、进气口二、进气口三和进气口四；手指起始端盖板的进气口二与气腔体二连通，进气口三与气腔体一连通；所述的气腔体间隔板二开设有两个通气孔，手指起始端盖板的进气口一通过通气管一与其中一个通气孔一端连通，手指起始端盖板的进气口四通过通气管二与另一个通气孔一端连通；两个通气孔另一端分别与气腔体三和气腔体四连通；所述的气腔体一、气腔体二、气腔体三和气腔体四均包括沿通气孔轴向排布且一体成型的多个褶皱形变体；褶皱形变体设有垂直于通气孔轴向且平行设置的两个褶皱形变体薄壁侧；两个褶皱形变体薄壁侧通过多个褶皱形变体厚壁侧连接，形成褶皱形变体的内腔，且褶皱形变体的内腔一端开放设置；两个褶皱形变体薄壁侧的外侧壁靠近褶皱形变体内腔开放端位置处均设有一体成型的凸棱-；气腔体一、气腔体二、气腔体三或气腔体四中，相邻褶皱形变体的凸棱相连接，最靠近气腔体间隔板二的褶皱形变体的凸棱均与气腔体间隔板二固定；气腔体一和气腔体二最靠近手指起始端盖板的褶皱形变体的凸棱均与手指起始端盖板固定，气腔体三和气腔体四最靠近手指末端的褶皱形变体的凸棱均与手指末端固定；任意相邻两个褶皱形变体相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离均为d1；气腔体一和气腔体三相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离以及气腔体二和气腔体四相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离均为d2；d1＜d2。

全文数据：可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指及其工作方法技术领域本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指及其工作方法。背景技术目前，现有较为成型的柔性机械手指通常只具有单个气腔，因此，柔性手指在工作时通常只能实现单个方向的弯曲，且其工作形态单一；由该种手指组成的手爪，因其各个手指的运动单一，对抓取不同大小、不同形态的对象缺乏良好的适应能力，在需要抓取特殊形状物体时，常常需要根据抓取对象的大小及形状信息，调整其安装及夹持设备的姿态，大大降低了手爪的工作效率，这也使得现有的柔性手指在工业生产领域难以推广。因此，引入一种能适用于抓取多种不规则形状以及不同大小的对象、且可实现多向弯曲的具有双段结构的柔性机械手指以提高抓取工作效率，具有较高的实用价值。发明内容本发明的目的是针对现有的柔性机械手指存在转向单一、弯曲姿态固定、抓取复杂形态物体难等一系列问题，提供一种可实现多向弯曲、姿态可调、抓取适应能力强的柔性机械手指及其工作方法，该柔性机械手指工作所需的配套气动设备与现有柔性机械手指相同，可与现有的气动柔性机械手指配套气动设备安装配合使用，具有成本低，易推广等优点。本发明采用以下技术方案实现：本发明可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指，包括手指模块一、手指模块二、气腔体间隔板一、气腔体间隔板二、手指起始端盖板和手指末端；所述的手指模块一包括气腔体一和气腔体二；气腔体一与气腔体二和一个约束体固定并合围成手指模块一的封闭侧壁，气腔体一与气腔体二之间由固定在该约束体上的一块气腔体间隔板一隔开；所述的手指模块二包括气腔体三和气腔体四；气腔体三与气腔体四和另一个约束体固定并合围成手指模块二的封闭侧壁，气腔体三与气腔体四之间由固定在该约束体上的另一块气腔体间隔板一隔开；所述的手指起始端盖板和气腔体间隔板二固定在手指模块一两端，手指起始端盖板封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二一端，气腔体间隔板二封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二另一端；所述的手指模块二一端固定在气腔体间隔板二上，另一端固定有手指末端；手指模块二的气腔体三和气腔体四一端也由气腔体间隔板二封闭，另一端由手指末端封闭；所述的手指起始端盖板开设有进气口一、进气口二、进气口三和进气口四；手指起始端盖板的进气口二与气腔体二连通，进气口三与气腔体一连通；所述的气腔体间隔板二开设有两个通气孔，手指起始端盖板的进气口一通过通气管一与其中一个通气孔一端连通，手指起始端盖板的进气口四通过通气管二与另一个通气孔一端连通；两个通气孔另一端分别与气腔体三和气腔体四连通。所述的气腔体一、气腔体二、气腔体三和气腔体四均包括沿通气孔轴向排布且一体成型的多个褶皱形变体；褶皱形变体设有垂直于通气孔轴向且平行设置的两个褶皱形变体薄壁侧；两个褶皱形变体薄壁侧通过多个褶皱形变体厚壁侧连接，形成褶皱形变体的内腔，且褶皱形变体的内腔一端开放设置；两个褶皱形变体薄壁侧的外侧壁靠近褶皱形变体内腔开放端位置处均设有一体成型的凸棱-；气腔体一、气腔体二、气腔体三或气腔体四中，相邻褶皱形变体的凸棱相连接，最靠近气腔体间隔板二的褶皱形变体的凸棱均与气腔体间隔板二固定；气腔体一和气腔体二最靠近手指起始端盖板的褶皱形变体的凸棱均与手指起始端盖板固定，气腔体三和气腔体四最靠近手指末端的褶皱形变体的凸棱均与手指末端固定；任意相邻两个褶皱形变体相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离均为d1；气腔体一和气腔体三相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离以及气腔体二和气腔体四相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离均为d2；d1＜d2。该可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指的工作方法，具体如下：将手指起始端盖板的进气口一、进气口二、进气口三和进气口四分别通过外部气管与充气设备连接，每根外部气管上设置一个控制阀和压力表。充气设备通过进气口三给气腔体一提供气源，通过进气口二给气腔体二提供气源；充气设备通过进气口一、通气管一和通气孔给手指模块二的气腔体三提供气源，通过进气口四、通气管二和通气孔给气腔体四提供气源。当气腔体一内气压增加、气腔体二内气压保持标准大气压时，气腔体一的褶皱形变体发生膨胀，气腔体一弯曲；由于手指模块一中的约束体形变不明显，且气腔体二的褶皱形变体不主动变化，使得手指模块一受气腔体一的影响，产生与气腔体一相同的弯曲趋势；手指模块一弯曲的曲率随气腔体一内的气压增大而变大；当气腔体二内气压增加、气腔体一内气压保持标准大气压时，手指模块一产生与气腔体二相同的弯曲趋势，手指模块一弯曲的曲率随气腔体二内的气压增大而变大；当气腔体一与气腔体二内气压均大于标准大气压时，气腔体一与气腔体二的褶皱形变体均发生膨胀，气腔体一与气腔体二均产生弯曲，使得手指模块一沿着气腔体一与气腔体二弯曲的矢量合成方向产生弯曲趋势，改变气腔体一与气腔体二内气压的气压比，改变手指模块一的弯曲趋势，实现手指模块一向不同方向的弯曲。同理，改变气腔体三和气腔体四内的气压实现手指模块二向不同方向的弯曲以及弯曲曲率。本发明具有的有益效果：1、本发明柔性机械手指可实现多向弯曲，并且具有多种弯曲姿态，能够适应多种形状尺寸的复杂抓取对象，在实际工业生产中，不需要根据抓取对象的大小及形状信息，调整其安装及夹持设备的姿态，因此能提高实际生产效率。2、本发明的手指模块一、手指模块二、约束体、气腔体间隔板一、气腔体间隔板二、手指起始端盖板和手指末端均为柔性体，即采用柔性材料比如硅胶制作而成，能够较好地贴合抓取对象表面，适应表面易损坏的抓取对象，因此不会损坏所抓取的对象。3、在安装方式上与现有柔性机械手指相同，可与现有普通气动柔性机械手系统联合改装协同使用。附图说明图1为本发明去除手指末端后的结构立体图；图2为本发明的俯视图；图3为本发明中手指模块一的剖视图；图4为图3的A-A剖视图；图5为本发明中褶皱形变体的剖视图；图6为本发明单侧弯曲的示意图；图中：1、约束体，2、通气管一，3、手指起始端盖板，4、气腔体一，5、进气口一，6、进气口三，7、进气口二，8、进气口四，9、气腔体间隔板一，10、通气管二，11、褶皱形变体，12、气腔体间隔板二，13、气腔体三，14、手指末端，15、气腔体四，16、气腔体二，17、手指模块一，18、手指模块二，19、褶皱形变体薄壁侧，19-1、凸棱，20、褶皱形变体厚壁侧。具体实施方式下面结合附图及实例对本发明做进一步说明。如图1、图2、图3和图4所示，可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指，包括手指模块一17、手指模块二18、气腔体间隔板一9、气腔体间隔板二12、手指起始端盖板3和手指末端14；手指模块一17包括气腔体一4和气腔体二16；气腔体一4与气腔体二16和一个约束体1固定并合围成手指模块一17的封闭侧壁，气腔体一4与气腔体二16之间由固定在该约束体1上的一块气腔体间隔板一9隔开；手指模块二18包括气腔体三13和气腔体四15；气腔体三13与气腔体四15和另一个约束体1固定并合围成手指模块二18的封闭侧壁，气腔体三13与气腔体四15之间由固定在该约束体1上的另一块气腔体间隔板一9隔开；手指起始端盖板3和气腔体间隔板二12固定在手指模块一17两端，手指起始端盖板3封闭手指模块一17的气腔体一4和气腔体二16一端，气腔体间隔板二12封闭手指模块一17的气腔体一4和气腔体二16另一端；手指模块二18一端固定在气腔体间隔板二12上，另一端固定有手指末端14；手指模块二18的气腔体三13和气腔体四15一端也由气腔体间隔板二12封闭，另一端由手指末端14封闭；手指起始端盖板3开设有进气口一5、进气口二7、进气口三6和进气口四8；手指起始端盖板3的进气口二7与气腔体二16连通，进气口三6与气腔体一4连通；气腔体间隔板二12开设有两个通气孔，手指起始端盖板3的进气口一5通过通气管一2与其中一个通气孔一端连通，手指起始端盖板3的进气口四8通过通气管二10与另一个通气孔一端连通；两个通气孔另一端分别与气腔体三13和气腔体四15连通。如图1、图4、图5和图6所示，气腔体一4、气腔体二16、气腔体三13和气腔体四15均包括沿通气孔轴向排布且一体成型的五个褶皱形变体11；褶皱形变体11设有垂直于通气孔轴向且平行设置的两个褶皱形变体薄壁侧19；两个褶皱形变体薄壁侧19通过三个褶皱形变体厚壁侧20连接，形成褶皱形变体11的内腔，且褶皱形变体11的内腔一端开放设置，使褶皱形变体11在膨胀时更容易在褶皱形变体薄壁侧19发生膨胀，以控制褶皱形变体11膨胀方向；两个褶皱形变体薄壁侧19的外侧壁靠近褶皱形变体11内腔开放端位置处均设有一体成型的凸棱19-1；气腔体一4、气腔体二16、气腔体三13或气腔体四15中，相邻褶皱形变体11的凸棱相连接，最靠近气腔体间隔板二12的褶皱形变体11的凸棱均与气腔体间隔板二12固定；气腔体一4和气腔体二16最靠近手指起始端盖板3的褶皱形变体11的凸棱均与手指起始端盖板3固定，气腔体三13和气腔体四15最靠近手指末端14的褶皱形变体11的凸棱均与手指末端14固定；任意相邻两个褶皱形变体11相对的两个褶皱形变体薄壁侧19之间的距离均为d1；气腔体一4和气腔体三13相对的两个褶皱形变体薄壁侧19之间的距离以及气腔体二16和气腔体四15相对的两个褶皱形变体薄壁侧19之间的距离均为d2；d1＜d2；相邻两个褶皱形变体11相对的两个褶皱形变体薄壁侧19之间的距离较小，使相邻两个褶皱形变体11在发生膨胀时能更容易传力。该可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指的工作方法，具体如下：将手指起始端盖板3的进气口一5、进气口二7、进气口三6和进气口四8分别通过外部气管与充气设备如气泵连接，连接时，在每根外部气管上设置一个控制阀和压力表。充气设备通过进气口三6给气腔体一4提供气源，通过进气口二7给气腔体二16提供气源；当气腔体一4内气压增加、气腔体二16内气压保持标准大气压时，气腔体一4的褶皱形变体11发生膨胀，气腔体一4弯曲；由于手指模块一17中的约束体1形变不明显，且气腔体二16的褶皱形变体11不主动变化，使得手指模块一17受气腔体一4的影响，产生与气腔体一4相同的弯曲趋势；手指模块一17弯曲的曲率随气腔体一4内的气压增大而变大；同理，当气腔体二16内气压增加、气腔体一4内气压保持标准大气压时，手指模块一17产生与气腔体二16相同的弯曲趋势，手指模块一17弯曲的曲率随气腔体二16内的气压增大而变大；当气腔体一4与气腔体二16内气压均大于标准大气压时，气腔体一4与气腔体二16的褶皱形变体11均发生膨胀，气腔体一4与气腔体二16均产生弯曲，使得手指模块一17沿着气腔体一4与气腔体二16弯曲的矢量合成方向产生弯曲趋势，改变气腔体一4与气腔体二16内气压的气压比，则可改变手指模块一17的弯曲趋势，实现手指模块一向不同方向的弯曲；可见，协作改变气腔体一4与气腔体二16内的气压大小，可改变手指模块一17的弯曲方向和曲率。充气设备通过进气口一5、通气管一2和通气孔给手指模块二18的气腔体三13提供气源，通过进气口四8、通气管二10和通气孔给气腔体四15提供气源；同理，改变气腔体三13和气腔体四15内的气压实现手指模块二18向不同方向的弯曲以及弯曲曲率。当气腔体三13内气压增加、气腔体四15内气压保持标准大气压时，气腔体三13的褶皱形变体11发生膨胀，气腔体三13弯曲；由于手指模块二18中的约束体1形变不明显，且气腔体四15的褶皱形变体11不主动变化，使得手指模块二18受气腔体三13的影响，产生与气腔体三13相同的弯曲趋势；手指模块二18弯曲的曲率随气腔体三13内的气压增大而变大；同理，当气腔体四15内气压增加、气腔体三13内气压保持标准大气压时，手指模块二18产生与气腔体四15相同的弯曲趋势，手指模块二18弯曲的曲率随气腔体四15内的气压增大而变大；当气腔体三13与气腔体四15内气压均大于标准大气压时，气腔体三13与气腔体四15的褶皱形变体11均发生膨胀，气腔体三13与气腔体四15均产生弯曲，使得手指模块二18沿着气腔体三13与气腔体四15弯曲的矢量合成方向产生弯曲趋势，改变气腔体三13与气腔体四15内气压的气压比，则可改变手指模块二18的弯曲趋势，实现手指模块二18向不同方向的弯曲。手指模块一17和手指模块二18独立受控，产生不同弯曲形态，可实现整个手指灵活多变的工作姿态。

权利要求：1.可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指，包括手指模块一、手指模块二、气腔体间隔板一、气腔体间隔板二、手指起始端盖板和手指末端，其特征在于：所述的手指模块一包括气腔体一和气腔体二；气腔体一与气腔体二和一个约束体固定并合围成手指模块一的封闭侧壁，气腔体一与气腔体二之间由固定在该约束体上的一块气腔体间隔板一隔开；所述的手指模块二包括气腔体三和气腔体四；气腔体三与气腔体四和另一个约束体固定并合围成手指模块二的封闭侧壁，气腔体三与气腔体四之间由固定在该约束体上的另一块气腔体间隔板一隔开；所述的手指起始端盖板和气腔体间隔板二固定在手指模块一两端，手指起始端盖板封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二一端，气腔体间隔板二封闭手指模块一的气腔体一和气腔体二另一端；所述的手指模块二一端固定在气腔体间隔板二上，另一端固定有手指末端；手指模块二的气腔体三和气腔体四一端也由气腔体间隔板二封闭，另一端由手指末端封闭；所述的手指起始端盖板开设有进气口一、进气口二、进气口三和进气口四；手指起始端盖板的进气口二与气腔体二连通，进气口三与气腔体一连通；所述的气腔体间隔板二开设有两个通气孔，手指起始端盖板的进气口一通过通气管一与其中一个通气孔一端连通，手指起始端盖板的进气口四通过通气管二与另一个通气孔一端连通；两个通气孔另一端分别与气腔体三和气腔体四连通；所述的气腔体一、气腔体二、气腔体三和气腔体四均包括沿通气孔轴向排布且一体成型的多个褶皱形变体；褶皱形变体设有垂直于通气孔轴向且平行设置的两个褶皱形变体薄壁侧；两个褶皱形变体薄壁侧通过多个褶皱形变体厚壁侧连接，形成褶皱形变体的内腔，且褶皱形变体的内腔一端开放设置；两个褶皱形变体薄壁侧的外侧壁靠近褶皱形变体内腔开放端位置处均设有一体成型的凸棱-；气腔体一、气腔体二、气腔体三或气腔体四中，相邻褶皱形变体的凸棱相连接，最靠近气腔体间隔板二的褶皱形变体的凸棱均与气腔体间隔板二固定；气腔体一和气腔体二最靠近手指起始端盖板的褶皱形变体的凸棱均与手指起始端盖板固定，气腔体三和气腔体四最靠近手指末端的褶皱形变体的凸棱均与手指末端固定；任意相邻两个褶皱形变体相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离均为d1；气腔体一和气腔体三相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离以及气腔体二和气腔体四相对的两个褶皱形变体薄壁侧之间的距离均为d2；d1＜d2。2.根据权利要求1所述可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指的工作方法，其特征在于：该方法具体如下：将手指起始端盖板的进气口一、进气口二、进气口三和进气口四分别通过外部气管与充气设备连接，每根外部气管上设置一个控制阀和压力表；充气设备通过进气口三给气腔体一提供气源，通过进气口二给气腔体二提供气源；充气设备通过进气口一、通气管一和通气孔给手指模块二的气腔体三提供气源，通过进气口四、通气管二和通气孔给气腔体四提供气源；当气腔体一内气压增加、气腔体二内气压保持标准大气压时，气腔体一的褶皱形变体发生膨胀，气腔体一弯曲；由于手指模块一中的约束体形变不明显，且气腔体二的褶皱形变体不主动变化，使得手指模块一受气腔体一的影响，产生与气腔体一相同的弯曲趋势；手指模块一弯曲的曲率随气腔体一内的气压增大而变大；当气腔体二内气压增加、气腔体一内气压保持标准大气压时，手指模块一产生与气腔体二相同的弯曲趋势，手指模块一弯曲的曲率随气腔体二内的气压增大而变大；当气腔体一与气腔体二内气压均大于标准大气压时，气腔体一与气腔体二的褶皱形变体均发生膨胀，气腔体一与气腔体二均产生弯曲，使得手指模块一沿着气腔体一与气腔体二弯曲的矢量合成方向产生弯曲趋势，改变气腔体一与气腔体二内气压的气压比，改变手指模块一的弯曲趋势，实现手指模块一向不同方向的弯曲；同理，改变气腔体三和气腔体四内的气压实现手指模块二向不同方向的弯曲以及弯曲曲率。

百度查询： 浙江理工大学 可多向弯曲的模块化双气腔柔性机械手指及其工作方法

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