專利名稱：：氣動式欠驅(qū)動機器人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于擬人機器人手
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種氣動式欠驅(qū)動機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
：機器人手作為擬人機器人的輸出終端，被越來越多的機器人研究者所重視。在機器人學(xué)領(lǐng)域有兩大類機器人手靈巧手和欠驅(qū)動手，它們分別基于主動控制和欠驅(qū)動兩種不同的驅(qū)動方式。靈巧手外形和動作極似人手，可以在復(fù)雜控制算法和機構(gòu)的綜合作用下，靈活地完成人手所能完成的多數(shù)動作，但是靈巧手價格昂貴，制造控制難度大，維護難度大。欠驅(qū)動手可以自適應(yīng)抓取物體，控制難度小、維護簡單、裝置穩(wěn)定。已有的一種氣動式主動驅(qū)動的多指多關(guān)節(jié)機器人手裝置(發(fā)明專利CN101402200A)，其中每個關(guān)節(jié)采用氣動柔性驅(qū)動器實現(xiàn)手指的彎曲。該裝置的不足之處為該裝置由于采用氣力主動驅(qū)動各手指各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，使得該手體積大、質(zhì)量大、制造成本高、控制難度大，不能自適應(yīng)抓取物體，必須依賴很復(fù)雜的控制才能實現(xiàn)對不同尺寸形狀物體的抓取。已有的一種齒條式的欠驅(qū)動機械手指裝置，如中國發(fā)明專利CN1410223A，包括第一指段、欠驅(qū)動關(guān)節(jié)和第二指段，欠驅(qū)動關(guān)節(jié)含有主動滑塊、關(guān)節(jié)軸和齒輪齒條機構(gòu)。外力驅(qū)動主動滑塊在第一指段上滑動，同時固接在主動滑塊上的齒條向第一指段內(nèi)運動，帶動與齒條嚙合的齒輪繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)第二指段轉(zhuǎn)動并扣緊物體。該裝置的不足之處為該裝置采用齒輪齒條傳動，為了實現(xiàn)良好的欠驅(qū)動效果，即實現(xiàn)第二指段較大角度的轉(zhuǎn)動，所采用的齒輪半徑必須很小，加工難度大、成本高；齒輪齒條的質(zhì)量較大；齒輪齒條機構(gòu)需要良好的潤滑和密封，使用成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種氣動式欠驅(qū)動機器人手指裝置。使其具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、制造和維護成本低的特點；該裝置可以安裝到機械手上，配合其他主動驅(qū)動的手指或手指上的其他主動驅(qū)動關(guān)節(jié)實現(xiàn)抓取物體，并具有對所抓物體的形狀大小的自適應(yīng)功能，與人手的手指相似。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案發(fā)明提供的一種氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，包括第一指段、第二指段和設(shè)置在兩者之間的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)；所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)包括主動滑塊和關(guān)節(jié)軸；所述的關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中，第二指段套固在關(guān)節(jié)軸上，所述的主動滑塊鑲嵌在第一指段中，其特征在于所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)還包括第一氣動柔性件、第二氣動柔性件；所述的第一氣動柔性件和第二氣動柔性件均包括第一端蓋、第二端蓋以及伸縮件，且第一氣動柔性件中的伸縮件和第二氣動柔性件中的伸縮件的軸線相互垂直；所述的第一氣動柔性件通過第一端蓋與第一指段固定連接，第一氣動柔性件通過第二端蓋與主動滑塊固定連接；所述的第二氣動柔性件通過第一端蓋與第一指段固定連接，第二氣動柔性件通過第二端蓋與第二指段固定連接；所述的第一指段中設(shè)有通孔，所述的第一氣動柔性件和第二氣動柔性件通過第一指段中的通孔相連通。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件，所述的風(fēng)箱式伸縮件采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)；所述的第二氣動柔性件的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管，該嵌簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件和第二氣動柔性件的伸縮件均采用嵌簧絲橡膠管，該嵌簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管，該嵌簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中；所述的第二氣動柔性件的伸縮件采用套簧絲橡膠管，該套簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和鬼~~"立而蓋。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管，該嵌簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中；所述的第二氣動柔性件的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件，所述的風(fēng)箱式伸縮件采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件采用套簧絲橡膠管，該套簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋；所述的第二氣動柔性件的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管，該嵌簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件和第二氣動柔性件的伸縮件均采用套簧絲橡膠管，該套簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件采用套簧絲橡膠管，該套簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋；所述的第二氣動柔性件的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件，所述的風(fēng)箱式伸縮件采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件，所述的風(fēng)箱式伸縮件采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)；所述的第二氣動柔性件的伸縮件采用套簧絲橡膠管，該套簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的上述的八種優(yōu)選方案，其特征在于在第一指段和第二指段間加裝簧件，或在第一指段和主動滑塊間加裝簧件，或在第一指段和第二指段間及第一指段和主動滑塊間均加裝簧件；所述的簧件采用拉簧、壓簧、扭簧、發(fā)條、片簧或彈性繩。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件和第二氣動柔性件的伸縮件均采用風(fēng)箱式伸縮件，所述的風(fēng)箱式伸縮件采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)；并在第一指段和第二指段間加裝簧件，或在第一指段和主動滑塊間加裝簧件，或在第一指段和第二指段間及第一指段和主動滑塊間均加裝簧件；所述的簧件采用拉簧、壓簧、扭簧、發(fā)條、片簧或彈性繩。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的第一氣動柔性件的伸縮件平均內(nèi)徑大于等于第二氣動柔性件的伸縮件的平均內(nèi)徑的兩倍。本發(fā)明所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的伸縮件上設(shè)有氣門嘴。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果本發(fā)明的單關(guān)節(jié)手指裝置采用可變形密閉空間內(nèi)的氣體作為傳動媒介，結(jié)合可軸向伸縮和軸向彎曲的氣動柔性件，綜合實現(xiàn)了手指抓取物體時的無源欠驅(qū)動彎曲效果；經(jīng)過合理的尺寸設(shè)計，主動滑塊很短的運動距離可帶來第二指段大角度的轉(zhuǎn)動；該單關(guān)節(jié)手指裝置適合安裝于機械手上作為擬人機器人手的一個手指或手指的一部分，配合其他主動驅(qū)動的手指或手指上的其他主動驅(qū)動關(guān)節(jié)實現(xiàn)抓取物體，并具有對所抓物體的形狀大小的自適應(yīng)功能，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量小、制造和維護成本低，與人手的手指相似。該裝置可以串聯(lián)起來構(gòu)成高形狀自適應(yīng)和高欠驅(qū)動的多關(guān)節(jié)手指，還可以用多個這樣的單關(guān)節(jié)或多關(guān)節(jié)手指組合構(gòu)成高欠驅(qū)動的擬人機器人手，用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自由度、高抓取自適應(yīng)的效果。圖1是本發(fā)明提供的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種實施例的側(cè)面剖面圖(為圖2中的B-B剖面圖，手指呈伸直狀態(tài))。圖2是圖1所示實施例的正面剖面圖(為圖1中的A-A剖面圖)。圖3是圖1所示實施例的正面外觀圖。圖4是圖1所示實施例的側(cè)面外觀圖。圖5是圖1所示實施例的立體外觀圖(手指呈伸直狀態(tài))。圖6是圖1所示實施例的爆炸視圖。圖7是圖1所示實施例的主動滑塊立體外觀圖(與圖6視角不同)。圖8是采用風(fēng)箱式伸縮件的氣動柔性件立體外觀圖。圖9是圖8的剖視圖。圖10是采用嵌簧絲橡膠管的氣動柔性件的局部剖視圖。圖11是圖10的剖視圖。圖12是采用套簧絲橡膠管的氣動柔性件立體外觀圖。圖13是圖12的剖視圖。圖14是帶氣門嘴的采用嵌簧絲橡膠管的氣動柔性件實施例的立體外觀圖。圖15是帶氣門嘴的采用套簧絲橡膠管的氣動柔性件實施例的立體外觀圖。圖16是帶氣門嘴的采用風(fēng)箱式伸縮件的氣動柔性件實施例的立體外觀圖。圖17、圖18、圖19、圖20是第一指段固定于手掌上的圖1所示實施例手指抓握物體的示意圖。圖21、圖22、圖23、圖24是第一指段與主動關(guān)節(jié)連接后的圖1所示實施例手指抓握物體的示意圖。圖25是本發(fā)明提供的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的圖1所示實施例的側(cè)面剖面圖(此時主動滑塊處于行程的中間位置，第二指段已轉(zhuǎn)動一定角度)。圖26是本發(fā)明提供的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的圖1所示實施例的側(cè)面剖面圖(此時主動滑塊運動到接近其行程極限位置，第二指段已轉(zhuǎn)動較大角度)。圖27是圖25狀態(tài)的立體外觀圖圖28是圖26狀態(tài)的立體外觀圖圖29是應(yīng)用了圖l所示實施例的氣動式欠驅(qū)動機器人多關(guān)節(jié)手指裝置實施例(采用了兩個欠驅(qū)動關(guān)節(jié))的側(cè)視圖。圖30是圖29的雙關(guān)節(jié)手指的正視圖。圖31是圖29實施例的雙關(guān)節(jié)手指在兩個欠驅(qū)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動下抓握大尺寸物體的示意圖。圖32是應(yīng)用了三個圖29所示雙關(guān)節(jié)手指實施例的三手指抓握物體示意圖。圖33是圖32的左視圖。圖34至圖41是分別應(yīng)用嵌簧絲橡膠管、套簧絲橡膠管或風(fēng)箱式伸縮件構(gòu)成第一氣動柔性件和第二氣動柔性件的本發(fā)明的另外八種實施例。圖42是圖1所示實施例(在主動滑塊和第一4旨段間加裝壓簧)的側(cè)面剖面圖。圖43是圖1所示實施例(在第一指段和第二:指段間加裝拉簧)的側(cè)面外觀圖。圖44是圖1所示實施例(在第一指段和第二:指段間加裝扭簧)的正面外觀圖。在圖1至圖44中l(wèi)-第一指段，11-通孔，12-凸塊，13-彈簧凹槽，14-側(cè)面板，15-銷釘，16-螺釘，2-第二指段，3-欠驅(qū)動關(guān)節(jié)，4-主動滑塊，41-滑塊表面罩，42-滑槽，43-彈簧凹槽，5_關(guān)節(jié)軸，6-第一氣動柔性件，61_第一端蓋，62-第二端蓋，7-第二氣動柔性件，71_第一端蓋，72-第二端蓋，73-嵌簧絲橡膠管，731-橡膠管，732-彈簧絲，774-套簧絲橡膠管，741-橡膠管，751-柔性外罩76-氣門嘴，742-彈簧絲，752-大圈，8-簧件，75-風(fēng)箱式伸縮件，753-小圈，9-中間指段。具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過本發(fā)明提供的氣動式欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括第一指段、第二指段和設(shè)置在兩者之間的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)；所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)包括主動滑塊、關(guān)節(jié)軸、第一氣動柔性件和第二氣動柔性件；所述的關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中，第二指段套固在關(guān)節(jié)軸上，所述的主動滑塊鑲嵌在第一指段中，所述的第一氣動柔性件和第二氣動柔性件均包括第一端蓋、第二端蓋以及伸縮件，且第一氣動柔性件中的伸縮件和第二氣動柔性件中的伸縮件的軸線相互垂直；所述的第一氣動柔性件通過第一端蓋與第一指段固定連接，第一氣動柔性件通過第二端蓋與主動滑塊固定連接；所述的第二氣動柔性件通過第一端蓋與第一指段固定連接，第二氣動柔性件通過第二端蓋與第二指段固定連接；所述的第一指段中設(shè)有通孔；所述的第一氣動柔性件和第二氣動柔性件通過第一指段中的通孔相連通。本發(fā)明設(shè)計的一種氣動式無源欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種實施例，剖視如圖1、圖2所示，外觀如圖3、圖4、圖5所示，圖6為裝置的爆炸圖，主動滑塊立體圖的又一視角如圖7所示。本實施例包括包括第一指段1、第二指段2和設(shè)置在兩者之間的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)3;所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)3包括主動滑塊4和關(guān)節(jié)軸5;所述的關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在第一指段1中，第二指段2套固在關(guān)節(jié)軸5上，所述的主動滑塊4鑲嵌在第一指段1中，其特征在于所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)3還包括第一氣動柔性件6、第二氣動柔性件7;所述的第一氣動柔性件6和第二氣動柔性件7均包括第一端蓋、第二端蓋以及伸縮件，且第一氣動柔性件6中的伸縮件和第二氣動柔性件7中的伸縮件的軸線相互垂直；所述的第一氣動柔性件6通過第一端蓋61與第一指段1固定連接，第一氣動柔性件6通過第二端蓋62與主動滑塊4固定連接；所述的第二氣動柔性件7通過第一端蓋71與第一指段1固定連接，第二氣動柔性件7通過第二端蓋72與第二指段2固定連接；所述的第一指段1中設(shè)有通孔ll，所述的第一氣動柔性件6和第二氣動柔性件7通過第一指段中的通孔11相連通。所述的第一氣動柔性件和第二氣動柔性件的伸縮件有多種方式可以實現(xiàn)，例如如下(a)、(b)、(c)所介紹的方案。(a)本發(fā)明的一種優(yōu)選方案的實施例中，所述的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管73，所述的嵌簧絲橡膠管73包括橡膠管731和彈簧絲732，所述的橡膠管壁中嵌套有彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。本實施例的第二氣動柔性件采用此種嵌簧絲橡膠管73。圖10、圖11為圖1所示實施例的第二氣動柔性件，該第二氣動柔性件的伸縮件采用了嵌簧絲伸縮件。(b)本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案的實施例中，所述的伸縮件采用套簧絲橡膠管74，所述的套簧絲橡膠管74包括橡膠管741和彈簧絲742，所述的橡膠管管壁外側(cè)套有彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。圖12、圖13為這種氣動柔性件的一種實施例，該氣動柔性件中的伸縮件采用套簧絲伸縮件。(c)本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案的實施例中，所述的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件75，所述的風(fēng)箱式伸縮件75為可軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。所述的風(fēng)箱式伸縮件包括柔性外罩751、大圈752和小圈753，例如大圈和小圈采用鋼絲圈，一大圈一小圈錯落地等間距藏入在柔性外罩中，例如用布做柔性外罩。本實施例的第一氣動柔性件采用此種風(fēng)箱式伸縮件75。圖8、圖9為圖1所示的實施例中的第一氣動柔性件，該第一氣動柔性件的伸縮件采用了風(fēng)箱式伸縮件。由于在本發(fā)明的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置中有兩個氣動柔性件第一氣動柔性件和第二氣動柔性件，這兩個氣動柔性件中可以采用相同或者不同的伸縮件，例如采用上述(a)、(b)、(c)三種方式中的任意兩種的搭配，如表1所示。表1本發(fā)明的多種實施例(兩個氣動柔性件可用的多種組合方式)<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>本實施例中，為了更好地實現(xiàn)由主動滑塊4小位移的滑動引起第二指段2大角度的轉(zhuǎn)動這一欠驅(qū)動功能，所述的第一氣動柔性件6的伸縮件平均內(nèi)徑大于等于第二氣動柔性件7的伸縮件的平均內(nèi)徑的兩倍。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案的實施例中，所述的伸縮件上設(shè)有氣門嘴76，如圖14、圖15、圖16所示。本發(fā)明還提供了一種采用所述氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的氣動式欠驅(qū)動機器人多關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括n個指段和n-l個所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)，其中n為大于2的整數(shù)。一種采用所述氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的氣動式欠驅(qū)動機器人雙關(guān)節(jié)手指裝置的實施例，如圖29和圖30所示，包括3個指段和2個所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)。圖31為該雙關(guān)節(jié)手指抓取物體的情形，圖32和圖33為3個雙關(guān)節(jié)手指抓取物體的情形。圖1至圖7所示的實施例中，所述的第一指段1包括通孔11、凸塊12、彈簧凹槽13、側(cè)面板14和螺釘16。第一指段1形成半空的容器狀，并且在一側(cè)壁有凸塊12，主動滑塊4上設(shè)有滑槽42，該凸塊12插入滑槽42中，此結(jié)構(gòu)起到限制主動滑塊4滑動方向和防止主動滑塊4脫離第一指段1的作用，即起到定位及導(dǎo)向的作用，以保證主動滑塊4的運動方向為沿著主動滑塊滑槽的方向。本發(fā)明所述的簧件8的功能是自然狀態(tài)下和放開物體時，簧件8將主動滑塊4推向手指外側(cè)，保證主動滑塊4不壓縮第一氣動柔性件6，所以第二氣動柔性件7不會發(fā)生形變，即保持手指伸直狀態(tài)；抓取物體時，簧件8將在外物的推動下變形。特別需要說明的是，由于嵌簧絲伸縮件和套簧絲伸縮件內(nèi)部包含了彈簧，因此本發(fā)明方案的兩個氣動柔性件(第一氣動柔性件6和第二氣動柔性件7)中任意一個采用了嵌簧絲伸縮件或套簧絲伸縮件，該裝置就無需額外再加入簧件，該伸縮件內(nèi)部的彈簧就是簧件8，它將起到讓手指在沒有物體擠壓主動滑塊時恢復(fù)到手指伸直的初始狀態(tài)。當(dāng)然此時也可以多加一個簧件起到輔助作用，例如圖42、圖43和圖44所示的實施例中就是在裝置已經(jīng)采用了嵌簧絲伸縮件的情況下還加裝了簧件8，事實上在圖42、圖43和圖44所示的實施例中這個簧件8可以沒有，并不影響功能，因為實際上第二氣動柔性件所采用的嵌簧絲伸縮件中的簧絲就是簧件8。當(dāng)發(fā)明方案的兩個氣動柔性件(第一氣動柔性件6和第二氣動柔性件7)均采用風(fēng)箱式伸縮件75構(gòu)成時，這時由于風(fēng)箱式伸縮件75內(nèi)部并沒有簧件，因此這種情況下必須要外加一個簧件8。加裝多個簧件8也是可以的。加裝的簧件8的兩端分別連接第一指段1和主動滑塊4或者簧件8的兩端分別連接第一指段1和第二指段2。圖42所示實施例就是采用了壓簧，并將該壓簧(簧件8)的兩端分別連接第一指段1和主動滑塊4。圖43所示實施例采用了拉簧，并將該拉簧(簧件8)的兩端分別連接第一指段1和第二指段2的一種實施例，圖44所示實施例采用樂扭簧，并將該扭簧(簧件8)的兩端分別連接第一指段1和第二指段2的另一種實施例。圖1所示實施例中，所述的主動滑塊4的表面還固接了滑塊表面罩41。表面罩外可以覆蓋一層彈性材料。這樣在抓取物體時，手指表面與物體之間將形成軟指面接觸，一方面增加了手指對物體的約束程度，另一方面也可以增加摩擦力，增加抓取穩(wěn)定性。下面結(jié)合附圖介紹氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置的實施例的工作原理。(i)如果將本實施例的第一指段1固定于擬人機器人手的手掌上，本實施例的工作原理，如圖17、18、19、20所示，敘述如下:當(dāng)機器人手不接觸物體時，手指處于自由狀態(tài)，主動滑塊4不壓縮第一氣動柔性件6，第二氣動柔性件7無形變，手指保持伸直狀態(tài)。當(dāng)機器人手抓取物體時，其他手指轉(zhuǎn)動后壓迫物體，物體擠壓主動滑塊4，主動滑塊沿垂直手指表面的方向向第一指段1里平移一定的位移d，壓縮第一氣動柔性件6，由于彈簧絲732的限制，第二氣動柔性件7不會徑向變形，只會發(fā)生軸向的伸長和軸向彎曲，彈簧絲也拉伸變形，氣力將推動第二指段2繞關(guān)關(guān)節(jié)軸5中心線作大角度轉(zhuǎn)動角度a，直到第二指段2接觸物體為止，因而該機器人手將具有對物體大小、形狀的自動適應(yīng)性。這使得第二指段轉(zhuǎn)動時仿佛有電機等驅(qū)動器驅(qū)動一般，能夠快速扣住物體，實現(xiàn)了手指自身不用驅(qū)動器，卻可以有關(guān)節(jié)自由度的目的。當(dāng)機器人手放開物體時，其他手指在電機轉(zhuǎn)動下離開物體，物體也就不再壓迫主動滑塊4，彈簧絲732的回復(fù)彈力將拉動第二指段繞關(guān)節(jié)軸5中心線回到初始伸直位置，此時氣力將通過第一氣動柔性件推動主動滑塊到靠向手指外側(cè)的初始位置。(ii)如果將本實施例(圖1所示實施例)的第一指段1根部套固在一個由驅(qū)動器驅(qū)動的主動關(guān)節(jié)軸上，本實施例的工作原理，如圖21、22、23、24所示，敘述如下當(dāng)機器人手抓取物體時，套有第一指段1的主動關(guān)節(jié)在驅(qū)動力矩m作用下轉(zhuǎn)動，使得整個手指裝置連同根部的主動關(guān)節(jié)軸繞主動關(guān)節(jié)軸的中心線轉(zhuǎn)動，直到主動滑塊4接觸物體，由于物體在其他手指的作用下不能離開，所以，當(dāng)主動關(guān)節(jié)軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，主動滑塊4在物體的阻擋擠壓下沿垂直手指表面的方向朝第一指段1里平移，其后抓取過程與(a)類似。氣動式欠驅(qū)動機器人多關(guān)節(jié)手指裝置的動作原理為當(dāng)機器人手抓取物體時，兩個欠驅(qū)動關(guān)節(jié)會順序動作，最終自動適應(yīng)物體的形狀、尺寸。仿佛該手指在欠驅(qū)動關(guān)節(jié)處有電機主動驅(qū)動一般。本發(fā)明的單關(guān)節(jié)手指裝置采用可變形密閉空間內(nèi)的氣體作為傳動媒介，結(jié)合可軸向伸縮和軸向彎曲的氣動柔性件，綜合實現(xiàn)了手指抓取物體時的無源欠驅(qū)動彎曲效果；經(jīng)過合理的尺寸設(shè)計，主動滑塊很短的運動距離可帶來第二指段大角度的轉(zhuǎn)動；該單關(guān)節(jié)手指裝置適合安裝于機械手上作為擬人機器人手的一個手指或手指的一部分，配合其他主動驅(qū)動的手指或手指上的其他主動驅(qū)動關(guān)節(jié)實現(xiàn)抓取物體，并具有對所抓物體的形狀大小的自適應(yīng)功能，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量小，制造和維護成本低，與人手的手指相似。該裝置可以串聯(lián)起來構(gòu)成高形狀自適應(yīng)和高欠驅(qū)動的多關(guān)節(jié)手指，還可以用多個這樣的單關(guān)節(jié)或多關(guān)節(jié)手指組合構(gòu)成高欠驅(qū)動的擬人機器人手，用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自由度、高抓取自適應(yīng)的效果。1權(quán)利要求一種氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，包括第一指段(1)、第二指段(2)和設(shè)置在兩者之間的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)(3)；所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)(3)包括主動滑塊(4)和關(guān)節(jié)軸(5)；所述的關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在第一指段(1)中，第二指段(2)套固在關(guān)節(jié)軸(5)上，所述的主動滑塊(4)鑲嵌在第一指段(1)中，其特征在于所述的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)(3)還包括第一氣動柔性件(6)、第二氣動柔性件(7)；所述的第一氣動柔性件(6)和第二氣動柔性件(7)均包括第一端蓋、第二端蓋以及伸縮件，且第一氣動柔性件(6)中的伸縮件和第二氣動柔性件(7)中的伸縮件的軸線相互垂直；所述的第一氣動柔性件(6)通過第一端蓋(61)與第一指段(1)固定連接，第一氣動柔性件(6)通過第二端蓋(62)與主動滑塊(4)固定連接；所述的第二氣動柔性件(7)通過第一端蓋(71)與第一指段(1)固定連接，第二氣動柔性件(7)通過第二端蓋(72)與第二指段(2)固定連接；所述的第一指段(1)中設(shè)有通孔(11)，所述的第一氣動柔性件(6)和第二氣動柔性件(7)通過第一指段中的通孔(11)相連通。2.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件(75)，所述的風(fēng)箱式伸縮件(75)采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)；所述的第二氣動柔性件(7)的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管(73)，該嵌簧絲橡膠管(73)包括橡膠管(731)和彈簧絲(732)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。3.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件和第二氣動柔性件(7)的伸縮件均采用嵌簧絲橡膠管(73)，該嵌簧絲橡膠管(73)包括橡膠管(731)和彈簧絲(732)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。4.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管(73)，該嵌簧絲橡膠管(73)包括橡膠管(731)和彈簧絲(732)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中；所述的第二氣動柔性件(7)的伸縮件采用套簧絲橡膠管(74)，該套簧絲橡膠管(74)包括橡膠管(741)和彈簧絲(742)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。5.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管(73)，該嵌簧絲橡膠管(73)包括橡膠管(731)和彈簧絲(732)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中；所述的第二氣動柔性件(7)的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件(75)，所述的風(fēng)箱式伸縮件(75)采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。6.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件采用套簧絲橡膠管(74)，該套簧絲橡膠管(74)包括橡膠管(741)和彈簧絲(742)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋；所述的第二氣動柔性件(7)的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管(73)，該嵌簧絲橡膠管(73)包括橡膠管(731)和彈簧絲(732)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。7.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件和第二氣動柔性件(7)的伸縮件均采用套簧絲橡膠管(74)，該套簧絲橡膠管(74)包括橡膠管(741)和彈簧絲(742)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。8.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件采用套簧絲橡膠管(74)，該套簧絲橡膠管(74)包括橡膠管(741)和彈簧絲(742)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋；所述的第二氣動柔性件(7)的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件(75)，所述的風(fēng)箱式伸縮件(75)采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。9.如權(quán)利要求1所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件(75)，所述的風(fēng)箱式伸縮件(75)采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)；所述的第二氣動柔性件(7)的伸縮件采用套簧絲橡膠管(74)，該套簧絲橡膠管(74)包括橡膠管(741)和彈簧絲(742)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。10.如權(quán)利要求1至9任一權(quán)利要求所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于在第一指段(1)和第二指段(2)間加裝簧件(8)，或在第一指段(1)和主動滑塊(4)間加裝簧件，或在第一指段(1)和第二指段(2)間及第一指段(1)和主動滑塊(4)間均加裝簧件；所述的簧件(8)采用拉簧、壓簧、扭簧、發(fā)條、片簧或彈性繩。11.如權(quán)利要求l所述的氣動式欠驅(qū)動機器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的第一氣動柔性件(6)的伸縮件和第二氣動柔性件(7)的伸縮件均采用風(fēng)箱式伸縮件(75)，所述的風(fēng)箱式伸縮件(75)采用軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)；并在第一指段(1)和第二指段(2)間加裝簧件(8)，或在第一指段(1)和主動滑塊(4)間加裝簧件，或在第一指段(1)和第二指段(2)間及第一指段(1)和主動滑塊(4)間均加裝簧件；所述的簧件(8)采用拉簧、壓簧、扭簧、發(fā)條、片簧或彈性繩。全文摘要氣動式欠驅(qū)動機器人手指裝置，屬擬人機器人手
技術(shù)領(lǐng)域：
。包括第一、二指段和欠驅(qū)動關(guān)節(jié)。欠驅(qū)動關(guān)節(jié)包括主動滑塊、關(guān)節(jié)軸和兩個氣動柔性件；主動滑塊鑲嵌在第一指段中；關(guān)節(jié)軸套接在第一指段中，第二指段套固在關(guān)節(jié)軸上；第一氣動柔性件設(shè)置在第一指段與主動滑塊之間；第二氣動柔性件設(shè)置在第一與第二指段之間；第一、第二氣動柔性件通過第一指段通孔相通。本發(fā)明手指裝置采用可變形密閉空間內(nèi)的氣體作為傳動媒介，結(jié)合可軸向伸縮和軸向彎曲的氣動柔性件，綜合實現(xiàn)了手指抓取物體時的無源欠驅(qū)動彎曲效果，具有對所抓物體形狀大小自動適應(yīng)的功能，制造和維護成本低，與人手手指相似，還可串聯(lián)構(gòu)成高形狀自適應(yīng)和高欠驅(qū)動的多關(guān)節(jié)手指。文檔編號B25J15/08GK101733758SQ20101003374公開日2010年6月16日申請日期2010年1月8日優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日發(fā)明者葉亙之,張文增申請人:清華大學(xué)