1.本发明涉及软体机械手领域，具体涉及一种仿生气动软体机械手。
背景技术：2.随着机器人、仿生技术的发展，模仿人手形态或功能的机械手得到广泛应用，为了弥补传统刚性机械手的一些不足，出现了气压驱动的软体机械手，凭借质量轻、形状适应性好、控制方便、成本低、运动柔性强等特点，气动软体机械手在医疗、食品、仿生技术工程等领域展现出良好的应用前景，成为国内外的研究热点。
3.针对仿人型气动软体机械手，根据人手指的抓取特点，抓取物体时近指节部分需要较大刚性以确保抓取的稳定性，而中指节和远指节则需要较强的变形能力以实现指尖抓取动作或提高包络能力。而现有的软体机械手主要为单一的气腔网络结构，无法同时满足指尖与指根抓取两大特点，例如专利cn113858254a，其手指只具有单气腔网络，只具备柔顺与快速变形的特点，所以仿人型软体机械手指设计具有修改的空间。
技术实现要素：4.发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种仿生气动软体机械手，其通过第一气囊和第二气囊的设置增强了软体机械手的抓取能力，提高其刚度力学特性，增强气动软体机械手的实用性。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种仿生气动软体机械手，其特征在于，包括手指安装支架和多个软体手指，所述多个软体手指均安装在手指安装支架上且所述手指安装支架用于调整各个软体手指之间的位置，以适应不同大小物体的抓取；
6.其中，所述软体手指沿其长度方向分为安装段、指根段和指尖段，所述安装段与手指安装支架连接，所述安装段上开设有第一进气孔；
7.所述指根段设置有多个依次相连排列的第一气囊且各个第一气囊通过第一通道相连通，所述第一进气孔与第一气囊相连通；
8.所述指尖段设置有多个依次间隔排列的第二气囊且各个第二气囊通过第二通道相连通，所述指尖段上靠近指根段的第一个第二气囊上设置有第二进气孔。
9.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述软体手指包括相互连接的扩展层和不可扩展层，所述扩展层和不可扩展层均沿软体手指的长度方向设置且不可扩展层设置在抓取待抓物体时靠近待抓物体的一侧，所述第一气囊和第二气囊均设置在扩展层内。
10.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述不可扩展层包括软体硅胶层和限制层，所述软体硅胶层的外侧与待待抓物体相接触，所述限制层设置在软体硅胶层的内部且用于限制不可扩展层沿软体手指长度方向延伸。
11.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述限制层由不可延伸或延伸率小的柔性材料制成。
12.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述限制层由办公用纸制成。
13.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述软体手指的横截面将采用d形且扩展层采用硅橡胶材料制成。
14.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述手指安装支架包括第一壳体、手指固定器和驱动盘，所述第一壳体上开设有滑槽；所述手指固定器的一端设置在滑槽内且能够沿滑槽来回滑动，所述手指固定器的另一端与软体手指的安装段固定连接；所述驱动盘设置在第一壳体内且能够相对于第一壳体转动，所述驱动盘与手指固定器连接，以通过所述驱动盘的转动驱动手指固定器沿滑槽滑动。
15.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述驱动盘的盘面上刻画有螺旋槽，所述手指固定器伸入滑槽内的端面上设置有与所述螺旋槽相配合的齿，当驱动盘转动时，驱动盘上的所述螺旋槽通过手指固定器上的所述齿推动手指固定器沿滑槽移动。
16.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述滑槽的数量为三个，三个滑槽设置在同一平面上且相邻两个滑槽之间的夹角为120
°
，所述手指固定器的数量也为三个，分别安装在对应的滑槽内，所述软体手指的数量也为三个，分别安装在对应的手指固定器上。
17.上述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述手指安装支架还包括驱动电机和第二壳体，所述驱动电机与驱动盘连接用于驱动驱动盘转动；所述第二壳体与第一壳体相配合用于将驱动盘和驱动电机安装在第二壳体和第一壳体内。
18.本发明与现有技术相比具有以下优点：
19.1、本发明通过第一气囊和第二气囊的设置增强了软体机械手的抓取能力，提高其刚度力学特性，增强气动软体机械手的实用性。
20.2、本发明软体手指结合了慢速气动网络与快速气动网络，使其指根在具备一定刚性的同时，指尖气腔具备较好的快速变形和包络能力，并设计相应的三指固定结构，可以改变软体机械手包络空间的体积以抓取不同大小的物体，使该仿人型气动软体机械手具有良好的灵活性与稳定性。
21.3、本发明增强了软体机械手的抓取功能，提高了其刚度力学特性，通过手指安装支架可以改变软体机械手包络空间的体积，增强气动软体机械手的实用性。
22.下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。
附图说明
23.图1为本发明立体结构示意图。
24.图2为本发明软体手指的结构示意图。
25.图3为本发明立体结构爆炸视图。
26.图4为本发明第一壳体及手指固定器的立体结构爆炸视图。
27.附图标记说明:
28.10—软体手指；11—第一进气孔；12—第一气囊；
29.13—第一通道；14—第二气囊；15—第二通道；
30.16—第二进气孔；101—安装段；102—指根段；
31.103—指尖段；110—扩展层；120—不可扩展层；
32.121—软体硅胶层；122—限制层；20—手指安装支架；
33.21—第一壳体；211—滑槽；22—手指固定器；
34.23—驱动盘；24—驱动电机；25—第二壳体。
具体实施方式
35.下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
36.需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
37.需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
38.如图1和图2所示，本发明公开了一种仿生气动软体机械手，其包括手指安装支架20和多个软体手指10，所述多个软体手指10均安装在手指安装支架20上且所述手指安装支架20用于调整各个软体手指之间的位置，以适应不同大小物体的抓取。
39.其中，所述软体手指10沿其长度方向分为安装段101、指根段102和指尖段103，所述安装段101与手指安装支架连接，所述安装段101上开设有第一进气孔11；所述指根段102设置有多个依次相连排列的第一气囊12且各个第一气囊12通过第一通道13相连通，所述第一进气孔11与第一气囊12相连通；所述指尖段103设置有多个依次间隔排列的第二气囊14且各个第二气囊14通过第二通道15相连通，所述指尖段103上靠近指根段102的第一个第二气囊14上设置有第二进气孔16。
40.本实施例中，通过将机械手的软体手指10分为三个部分安装段101、指根段102和指尖段103，指根段102内设置第一气囊12，指尖段103内设置第二气囊14。将第一气囊12和第二气囊14分别接入对用的气动网络，由于第一气囊12各个气囊依次连接，通入气体后气囊膨胀，使得指根段102弯曲变形、刚度大，在抓取是能够提供稳定的抓取力；又由于第二气囊14间隔设置，气囊之间存在一定的间隙，且每个气囊的外壁厚度较大而内壁厚度较小。向气囊内部通入气压时，外壁变形小，因此径向膨胀较小，而其内壁极易膨胀并且相互挤压，使其在无负载情况时，较小的内部气压下即可产生较大的弯曲变形。因而可以实现指尖抓取动作或提高包络能力。
41.如图2所示，所述软体手指10包括相互连接的扩展层110和不可扩展层120，所述扩展层110和不可扩展层120均沿软体手指10的长度方向设置且不可扩展层120设置在抓取待抓物体时靠近待抓物体的一侧，所述第一气囊12和第二气囊14均设置在扩展层110内。
42.本实施例中，软体手指10由上层可扩展层110和下层不可扩展层120组成，气囊设置在可扩展层110内，当气囊内通入气体后，气囊膨胀并相互挤压，使得可扩展层110轴向延伸，由于不可扩展层120不可延伸，上下层之间差别应变的存在使其产生朝向不可扩展层120的方向弯曲，实现抓取动作。
43.同时，第一气囊12通过第一进气孔11接入慢速气动网络结构，为指根段102通过稳定的抓取力，第二气囊14通过第二进气孔16接入快速气动网络结构，提高指尖段103的弯曲
速度，实现快速抓取。相比于慢速气动网络结构，指尖段103的弯曲速度增加可达25倍。
44.如图2所示，所述不可扩展层120包括软体硅胶层121和限制层122，所述软体硅胶层121的外侧与待待抓物体相接触，所述限制层122设置在软体硅胶层121的内部且用于限制不可扩展层120沿软体手指10长度方向延伸。
45.本实施例中，所述限制层122由不可延伸或延伸率小的柔性材料制成。
46.本实施例中，所述限制层122由办公用纸制成。
47.如图1所示，所述软体手指10的横截面将采用d形且扩展层110采用硅橡胶材料制成。
48.如图3和图4所示，所述手指安装支架20包括第一壳体21、手指固定器22和驱动盘23，所述第一壳体21上开设有滑槽211，所述手指固定器22的一端设置在滑槽211内且能够沿滑槽211来回滑动，所述手指固定器22的另一端与软体手指10的安装段101固定连接，所述驱动盘23设置在第一壳体21内且能够相对于第一壳体21转动，所述驱动盘23与手指固定器22连接，以通过所述驱动盘23的转动驱动手指固定器22沿滑槽211滑动。
49.如图3和图4所示，所述驱动盘23的盘面上刻画有螺旋槽，所述手指固定器22伸入滑槽211内的端面上设置有与所述螺旋槽相配合的齿，当驱动盘23转动时，驱动盘23上的所述螺旋槽通过手指固定器22上的所述齿推动手指固定器22沿滑槽211移动。
50.如图4所示，所述滑槽211的数量为三个，三个滑槽211设置在同一平面上且相邻两个滑槽211之间的夹角为120
°
，所述手指固定器22的数量也为三个，分别安装在对应的滑槽211内，所述软体手指10的数量也为三个，分别安装在对应的手指固定器22上。
51.如图3所示，所述手指安装支架20还包括驱动电机24和第二壳体25，所述驱动电机24与驱动盘23连接用于驱动驱动盘23转动；所述第二壳体25与第一壳体21相配合用于将驱动盘23和驱动电机24安装在第二壳体25和第一壳体21内。
52.本实施例中，所述驱动电机24为17hs3401s步进电机，通过控制步进电机脉冲数目及频率控制旋转圆盘的转速及角度，通过驱动盘23上的螺旋槽与手指固定器22上的齿的啮合将圆周运动转换为直线运动，带动机械手固定器22外移或内移，改变软体机械手的空间包络体积。当步进电机旋转一周，软体机械手移动一个螺距，手指固定器22移动的距离可由以下公式确定：
[0053][0054]
其中，pn为驱动盘23上螺旋槽的螺距、f为步进电机脉冲频率、n为步进电机的脉冲数、y为手指固定器22的位移距离。
[0055]
以上所述，仅是发明的较佳实施例，并非对发明作任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于发明技术方案的保护范围内。
技术特征：1.一种仿生气动软体机械手，其特征在于，包括：多个软体手指(10)；手指安装支架(20)，所述多个软体手指(10)均安装在手指安装支架(20)上且所述手指安装支架(20)用于调整各个软体手指之间的位置，以适应不同大小物体的抓取；其中，所述软体手指(10)沿其长度方向分为安装段(101)、指根段(102)和指尖段(103)，所述安装段(101)与手指安装支架(20)连接，所述安装段(101)上开设有第一进气孔(11)；所述指根段(102)设置有多个依次相连排列的第一气囊(12)且各个第一气囊(12)通过第一通道(13)相连通，所述第一进气孔(11)与第一气囊(12)相连通；所述指尖段(103)设置有多个依次间隔排列的第二气囊(14)且各个第二气囊(14)通过第二通道(15)相连通，所述指尖段(103)上靠近指根段(102)的第一个第二气囊(14)上设置有第二进气孔(16)。2.按照权利要求1所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述软体手指(10)包括相互连接的扩展层(110)和不可扩展层(120)，所述扩展层(110)和不可扩展层(120)均沿软体手指(10)的长度方向设置且不可扩展层(120)设置在抓取待抓物体时靠近待抓物体的一侧，所述第一气囊(12)和第二气囊(14)均设置在扩展层(110)内。3.按照权利要求2所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述不可扩展层(120)包括软体硅胶层(121)和限制层(122)，所述软体硅胶层(121)的外侧与待待抓物体相接触，所述限制层(122)设置在软体硅胶层(121)的内部且用于限制不可扩展层(120)沿软体手指(10)长度方向延伸。4.按照权利要求3所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述限制层(122)由不可延伸或延伸率小的柔性材料制成。5.按照权利要求4所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述限制层(122)由办公用纸制成。6.按照权利要求1-5中任一项所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述软体手指(10)的横截面将采用d形且扩展层(110)采用硅橡胶材料制成。7.按照权利要求1-5中任一项所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述手指安装支架(20)包括：第一壳体(21)，所述第一壳体(21)上开设有滑槽(211)；手指固定器(22)，所述手指固定器(22)的一端设置在滑槽(211)内且能够沿滑槽(211)来回滑动，所述手指固定器(22)的另一端与软体手指(10)的安装段(101)固定连接；驱动盘(23)，所述驱动盘(23)设置在第一壳体(21)内且能够相对于第一壳体(21)转动，所述驱动盘(23)与手指固定器(22)连接，以通过所述驱动盘(23)的转动驱动手指固定器(22)沿滑槽(211)滑动。8.按照权利要求7所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述驱动盘(23)的盘面上刻画有螺旋槽，所述手指固定器(22)伸入滑槽(211)内的端面上设置有与所述螺旋槽相配合的齿，当驱动盘(23)转动时，驱动盘(23)上的所述螺旋槽通过手指固定器(22)上的所述齿推动手指固定器(22)沿滑槽(211)移动。9.按照权利要求8所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述滑槽(211)的数
量为三个，三个滑槽(211)设置在同一平面上且相邻两个滑槽(211)之间的夹角为120
°
，所述手指固定器(22)的数量也为三个，分别安装在对应的滑槽(211)内，所述软体手指(10)的数量也为三个，分别安装在对应的手指固定器(22)上。10.按照权利要求9所述的一种仿生气动软体机械手，其特征在于，所述手指安装支架(20)还包括：驱动电机(24)，所述驱动电机(24)与驱动盘(23)连接用于驱动驱动盘(23)转动；第二壳体(25)，所述第二壳体(25)与第一壳体(21)相配合用于将驱动盘(23)和驱动电机(24)安装在第二壳体(25)和第一壳体(21)内。
技术总结本发明公开了一种仿生气动软体机械手，其包括手指安装支架和多个软体手指，多个软体手指均安装在手指安装支架上且所述手指安装支架用于调整各个软体手指之间的位置以适应不同大小物体的抓取；其中，软体手指沿其长度方向分为安装段、指根段和指尖段，安装段与手指安装支架连接，安装段上开设有第一进气孔；指根段设置有多个依次相连排列的第一气囊且各个第一气囊通过第一通道相连通；指尖段设置有多个依次间隔排列的第二气囊且各个第二气囊通过第二通道相连通，指尖段上靠近指根段的第一个第二气囊上设置有第二进气孔。本发明通过第一气囊和第二气囊的设置增强了软体机械手的抓取能力，提高其刚度力学特性，增强气动软体机械手的实用性。体机械手的实用性。体机械手的实用性。
技术研发人员：汪祥雨 刘文文 张心雨 方超 王子雨 李金昊
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/7/5
