一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置制造方法
【專利摘要】一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，屬于擬人機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置包括擬人機(jī)器人手主體剛性機(jī)械部分和輔助抓取膠囊沙袋系統(tǒng)兩部分，其手指結(jié)構(gòu)及手指排布與人手相似。膠囊沙袋系統(tǒng)包括膠囊沙袋、真空抽氣裝置及管路；膠囊沙袋表面為高彈性薄膜，內(nèi)部填充輕質(zhì)堅(jiān)硬顆粒；膠囊沙袋附著于機(jī)器人各指段的手掌心一側(cè)及掌心的表面。當(dāng)膠囊沙袋內(nèi)部充有一定壓力的空氣時(shí)，其表面柔軟可變形；當(dāng)膠囊沙袋內(nèi)部的空氣被抽出并維持一定真空度時(shí)，膠囊沙袋表面變硬并可維持抽氣之前的形狀。本裝置可輔助機(jī)器人手自動(dòng)適應(yīng)抓取不同形狀和大小的物體，特別是拈取細(xì)小物體或特殊形狀的物體，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、便于安裝維護(hù)和可靠性高等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于擬人機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種膠囊沙袋輔助抓取的機(jī)器人手裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]擬人機(jī)器人與人類似，多數(shù)功能要通過(guò)手部操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而手部結(jié)構(gòu)是擬人機(jī)器人的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是擬人機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。抓取功能是機(jī)器人手的最基本也是最重要的功能，提高機(jī)器人手抓取物體的能力是機(jī)器人手研究和設(shè)計(jì)的重要課題。
[0003]根據(jù)自由度與驅(qū)動(dòng)器數(shù)目的關(guān)系，擬人機(jī)器人手可以分為靈巧手和欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手兩大類。為了增加擬人化程度并提高抓取能力，擬人機(jī)器人手需要設(shè)計(jì)較多的關(guān)節(jié)自由度，同時(shí)，為了減輕控制難度、減小手部的體積和重量，需要減少驅(qū)動(dòng)器數(shù)目。此外，為了更好地完成抓取物體的任務(wù)，需要手指在抓取物體時(shí)具有一定的自適應(yīng)性。為實(shí)現(xiàn)形態(tài)上擬人，擬人機(jī)器人手表面一般還要覆蓋一層適當(dāng)柔性的材料，這層柔性材料通常還具有增加抓握時(shí)的摩擦力的作用。
[0004]目前，無(wú)論是靈巧手還是欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手都難以抓取細(xì)小物體。如何抓取形狀不規(guī)則且至少在兩個(gè)維度上尺寸接近或小于手指尺寸的物體，如金屬絲、小尺寸螺母等，是機(jī)器人手設(shè)計(jì)及控制方面的一個(gè)難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，使其具有形狀及柔軟度可調(diào)節(jié)的表面，從而能夠更好地抓取不同形狀、尺寸的物體，同時(shí)，可使機(jī)器人手具備拈取細(xì)小物體或特殊形狀物體的功能。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]—種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，包括手指、關(guān)節(jié)軸、手掌和驅(qū)動(dòng)裝置；手指包括根部指段、中部指段和末端指段，手指結(jié)構(gòu)及手指排布與人手相似，其特征在于:該機(jī)器人手裝置還包括一個(gè)輔助抓取膠囊沙袋系統(tǒng)，該膠囊沙袋系統(tǒng)包括膠囊沙袋、真空抽氣裝置及管路；膠囊沙袋表面為高彈性薄膜，內(nèi)部填充輕質(zhì)堅(jiān)硬顆粒；在每個(gè)手指的末端指段的掌心一側(cè)表面分別附著有膠囊沙袋，所述膠囊沙袋通過(guò)管路與真空抽氣裝置I連接。
[0008]本實(shí)用新型的另一技術(shù)特征是:在每個(gè)手指的中部指段和根部指段的掌心一側(cè)表面分別附著有膠囊沙袋，該膠囊沙袋通過(guò)管路與真空抽氣裝置連接。
[0009]本實(shí)用新型的又一技術(shù)特征是:在手掌的掌心一側(cè)表面附著有一個(gè)或多個(gè)膠囊沙袋，該膠囊沙袋通過(guò)管路與真空抽氣裝置連接。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述的高彈性薄膜采用乳膠、高彈性橡膠、或高彈性熱塑性彈性體材料；所述的充輕質(zhì)堅(jiān)硬顆粒采用表面粗糙的天然或人造固體材料，其粒徑介于2?
0.1mm。所述膠囊沙袋的厚度至少為5毫米。[0011]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果:本實(shí)用新型裝置利用在手指和手掌上附著的膠囊沙袋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了擬人機(jī)器人手的表面硬度和形狀的可控變化，利用膠囊沙袋的這一性質(zhì)，可輔助機(jī)器人手完成拈取細(xì)小物體等動(dòng)作，完成現(xiàn)有機(jī)器人手難以完成的抓取功能。這種機(jī)器人手裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、成本低，便于安裝維護(hù)，與人手指相似，體積小、重量輕，可自動(dòng)適應(yīng)抓取不同形狀和大小的物體，特別是具備拈取細(xì)小物體或特殊形狀物體的功能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置正視圖。
[0013]圖2為圖1局部手指部分的側(cè)面刨視圖。
[0014]圖3為指尖拈取物體的立體投影視圖。
[0015]圖4為圖3的側(cè)面刨視圖。
[0016]圖5為多手指配合拈取細(xì)長(zhǎng)物體的立體投影視圖。
[0017]圖6為圖5的側(cè)視圖。
[0018]圖7為多手指配合拈取異形物體的立體投影視圖。
[0019]圖8為抓握物體時(shí)手指示意圖。
[0020]在圖1至圖8中:1 一真空抽氣裝置；2 —管路；3 —手掌；4 一關(guān)節(jié)軸；5 —根部指段；6 —中部指段；7 —末端指段；8 —膠囊沙袋；9 一高彈性薄膜10 —輕質(zhì)堅(jiān)硬顆粒；11 -被拈取物體；12 —被抓取物體。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)、工作原理和【具體實(shí)施方式】。
[0022]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種表面附著膠囊沙袋的機(jī)器人手裝置的實(shí)施例，如圖1、圖2所示，此裝置包括擬人機(jī)器人手主體剛性機(jī)械部分和輔助抓取膠囊沙袋系統(tǒng)兩部分，擬人機(jī)器人手機(jī)械部分包括手掌3，關(guān)節(jié)軸4和手指，手指包括根部指段5、中部指段6和末端指段7 ;機(jī)械部分可以采用靈巧手的機(jī)械結(jié)構(gòu)，也可以采用欠驅(qū)動(dòng)手的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但其主體剛性機(jī)械部分厚度不應(yīng)超過(guò)裝置總體厚度的1/2，為膠囊沙袋系統(tǒng)留出足夠空間；膠囊沙袋系統(tǒng)包括膠囊沙袋8、真空抽氣裝置I及管路2 ;膠囊沙袋表面為高彈性薄膜9，內(nèi)部填充輕質(zhì)堅(jiān)硬顆粒10 ;所述的高彈性薄膜可采用乳膠或高彈性橡膠材料；所述的輕質(zhì)堅(jiān)硬顆?？刹捎帽砻娲植诘奶烊换蛉嗽旃腆w材料，其粒徑介于2?0.1mm。
[0023]本實(shí)用新型可以只在每個(gè)手指的末端指段7的掌心一側(cè)表面分別附著有膠囊沙袋8，也可以同時(shí)在根部指段5、中部指段6和末端指段7以及手掌3的掌心一側(cè)表面分別附著有膠囊沙袋8。膠囊沙袋附著固定在擬人機(jī)器人手手指根部指段5、中部指段6、末端指段7以及手掌3的掌心一側(cè)表面；手掌部位的膠囊沙袋可以是一個(gè)，也可以是數(shù)個(gè)，膠囊沙袋的整體厚度應(yīng)不小于5毫米；附著膠囊沙袋后，機(jī)器人手的整體外觀與人手相仿，膠囊沙袋通過(guò)帶有閥門(mén)的管路2與真空抽氣裝置I相連，可快速改變膠囊沙袋內(nèi)填充的空氣的氣壓，并可維持膠囊沙袋內(nèi)部的低氣壓；當(dāng)膠囊沙袋內(nèi)部維持低氣壓狀態(tài)時(shí)，膠囊沙袋內(nèi)部的輕質(zhì)顆粒10發(fā)生顆粒堵塞效應(yīng)，在此情況下膠囊沙袋整體呈現(xiàn)一定的硬度不可變形；當(dāng)膠囊沙袋內(nèi)部為常壓狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部輕質(zhì)顆粒可移動(dòng)，膠囊沙袋整體呈現(xiàn)柔軟可變形狀態(tài)。
[0024]本實(shí)施例的工作原理，如圖3至圖8所示。
[0025]圖3、4展示了本實(shí)施例的膠囊沙袋工作原理及末端指段拈取功能，當(dāng)膠囊沙袋8內(nèi)部充有一定壓力的空氣時(shí)(通常為一個(gè)大氣壓)，膠囊沙袋整體柔軟可變形，當(dāng)位于機(jī)器人手指末端指段的膠囊沙袋8接觸并按壓細(xì)小物體，例如桿狀物11時(shí)，被按壓物體會(huì)陷入膠囊沙袋中，膠囊沙袋自發(fā)形成對(duì)被按壓物體的包裹，此時(shí)，通過(guò)真空管路系統(tǒng)2抽走膠囊沙袋中的氣體，膠囊沙袋內(nèi)部氣壓降低，大氣壓通過(guò)膠囊沙袋表面的薄膜對(duì)內(nèi)部的顆粒施加壓力，會(huì)產(chǎn)生顆粒堵塞效應(yīng)，膠囊沙袋內(nèi)的顆粒受壓力影響不再能自由改變位置，在此情況下，膠囊沙袋整體呈現(xiàn)一定硬度且不易變形，可將細(xì)小物體半包裹在其中，實(shí)現(xiàn)拈取的效果，對(duì)桿狀、粒狀、或形狀不規(guī)則的細(xì)小物體都有效果。
[0026]附著于末端指段的膠囊沙袋可以比其他位置的膠囊沙袋更厚一些，以方便拈取物體。
[0027]每一個(gè)附著于手指或手掌表面的膠囊沙袋都可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)小物體的拈取功能，多個(gè)膠囊沙袋配合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)較大或形狀復(fù)雜的物體的拈取。
[0028]圖5、6、7展示了本實(shí)施例的多手指配合拈取功能，對(duì)于比較長(zhǎng)的桿狀物體或形狀不規(guī)則的桿狀物體，單個(gè)膠囊沙袋拈取可靠性較差，在此情況下，可利用分布在機(jī)器人手不同位置上的多個(gè)膠囊沙袋配合實(shí)現(xiàn)拈取，以便更好的適應(yīng)被拈取物體的形狀，使拈取更加
可靠、有效。
[0029]圖8展示了本實(shí)施例的抓握功能。膠囊沙袋不影響機(jī)器人手機(jī)械部分所能實(shí)現(xiàn)的抓握功能，在膠囊沙袋呈柔軟狀態(tài)時(shí)抓住物體，并在膠囊沙袋適應(yīng)被抓握物體的形狀后通過(guò)真空抽氣系統(tǒng)抽氣使膠囊沙袋變硬，可以使機(jī)器人手更好地貼合不同形狀物體，使抓握更為有效。
[0030]本實(shí)用新型利用附著于仿人機(jī)器人手表面的膠囊沙袋系統(tǒng)所具有的形狀、硬度可控變化的性能綜合實(shí)現(xiàn)了指尖拈取、手掌拈取、多手指配合拈取等抓取物體的特殊效果。這種機(jī)器人手裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、成本低，便于安裝維護(hù)，與人手指相似，體積小、重量輕，可自動(dòng)適應(yīng)抓取不同形狀大小物體。
【權(quán)利要求】
1.一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，包括手指、關(guān)節(jié)軸(4)、手掌(3)和驅(qū)動(dòng)裝置；手指包括根部指段(5)、中部指段(6)和末端指段(7，手指結(jié)構(gòu)及手指排布與人手相似，其特征在于:該機(jī)器人手裝置還包括一個(gè)輔助抓取膠囊沙袋系統(tǒng)，該膠囊沙袋系統(tǒng)包括膠囊沙袋、真空抽氣裝置(I)及管路(2);膠囊沙袋表面為高彈性薄膜(9)，內(nèi)部填充輕質(zhì)堅(jiān)硬顆粒(10);在每個(gè)手指的末端指段(7)的掌心一側(cè)表面分別附著有膠囊沙袋(8)，所述膠囊沙袋通過(guò)管路(2 )與真空抽氣裝置(I)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，其特征在于:每個(gè)手指的中部指段(6 )和根部指段(5 )的掌心一側(cè)表面分別附著有膠囊沙袋(8 )，所述膠囊沙袋分別通過(guò)管路與真空抽氣裝置連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，其特征在于:手掌(3)的掌心一側(cè)表面附著有一個(gè)或多個(gè)膠囊沙袋，所述膠囊沙袋通過(guò)管路與真空抽氣裝置連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述的高彈性薄膜采用乳膠或高彈性橡膠材料。
5.如權(quán)利要求1所述的一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述的輕質(zhì)堅(jiān)硬顆粒采用表面粗糙的天然或人造固體材料，其粒徑介于2?0.1mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種表面附著膠囊沙袋的擬人機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述膠囊沙袋的厚度至少為5毫米。
【文檔編號(hào)】B25J15/08GK203495949SQ201320560994
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】郭慶翔, 張文增, 呂文清, 劉翠榮, 田麗, 懷英, 李錦鵬 申請(qǐng)人:郭慶翔, 清華大學(xué)