本發(fā)明涉及機械手指領(lǐng)域，特別涉及一種長度與剛度可調(diào)柔性手指。

背景技術(shù)：

機器人抓手作為機器人與環(huán)境進行交互作用的末端執(zhí)行器，對于提高機器人的作業(yè)水平和工作效率有重要意義。機器人抓手的靈活性和適應性是衡量機器人抓手設(shè)計水平的重要標志?，F(xiàn)有的機器人末端執(zhí)行器大多為剛性結(jié)構(gòu)，適應性較差，一些柔性執(zhí)行器具有適應抓取物體的能力但缺乏主動改變自身結(jié)構(gòu)和特性的功能。如果機器人手抓能夠?qū)ψ陨黹L度、剛度能夠進行主動調(diào)整可以很大程度上改善機器人末端執(zhí)行器的適應性和靈活性。

已有的一種氣動剛性可調(diào)的雙柔性多指手抓，如中國發(fā)明專利CN103213140A。該裝置中的每個柔性手指結(jié)構(gòu)相同，主要由一個內(nèi)導向氣缸和一個板簧彈簧組成。作為骨架的板簧被分為變形段和抓取段，兩段的長度可相對調(diào)節(jié)，故稱雙柔性。該裝置的不足之處在于：剛度由變形段的板簧長度決定，需要手動進行調(diào)節(jié)，抓取段和變形段的長度負相關(guān)從而不能進行同步自由調(diào)節(jié)，剛度和長度的調(diào)節(jié)的便捷性和適應性較差。

因此，需要對現(xiàn)有的機器人用柔性手指進行改進，使其具有自主調(diào)節(jié)長度和剛度功能用以提高機器人末端執(zhí)行器的適應性和靈活性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種長度與剛度可調(diào)柔性手指，其具有自主調(diào)節(jié)長度和剛度功能用以提高機器人末端執(zhí)行器的適應性和靈活性。

本發(fā)明的長度與剛度可調(diào)柔性手指，包括至少兩個相互鉸接的指節(jié)，每一指節(jié)包括由柔性材料制成并為內(nèi)中空結(jié)構(gòu)的殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的長度調(diào)節(jié)機構(gòu)，長度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括線圈和鐵芯，線圈下端與殼體的內(nèi)腔下端連接，鐵芯以可在線圈通電狀態(tài)下產(chǎn)生軸向移動對殼體形成拉伸的方式套設(shè)在線圈內(nèi)部并上端與殼體的空腔上端連接；

每一指節(jié)的殼體背部還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)氣壓以改變指節(jié)剛度的充氣道，充氣道與殼體內(nèi)腔連通，兩相鄰指節(jié)內(nèi)的充氣道相通設(shè)置，充氣道內(nèi)填充有根據(jù)氣壓改變產(chǎn)生不同摩擦力的顆粒物。

進一步，手指還包括用于驅(qū)動手指彎曲的拉索，拉索依次貫穿每一指節(jié)的腹部將指節(jié)串聯(lián)形成連接。

進一步，長度調(diào)節(jié)機構(gòu)還包括彈簧，彈簧外套在鐵芯上部外側(cè)，彈簧一端與線圈上端形成同軸連接，另一端與殼體的內(nèi)腔上端連接。

進一步，手指位于最近端的指節(jié)的下端設(shè)置有用于連通充氣道進行充放氣的通氣管。

進一步，每一指節(jié)的殼體內(nèi)部下端膠粘設(shè)置有線圈墊片，線圈的下端通膠粘設(shè)置在線圈墊片上。

進一步，鐵芯通過膠粘設(shè)置在殼體的空腔上端。

進一步，每一指節(jié)的充氣道自殼體內(nèi)腔內(nèi)自上向下延伸形成的柔性隔板與殼體的背部側(cè)壁共同圍成。

進一步，兩相鄰指節(jié)的連接處形成有便于彎曲的V形缺口。

進一步，每一指節(jié)的殼體腹部外側(cè)設(shè)置有用于便于與工件接觸進行抓取的凸臺。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的長度與剛度可調(diào)柔性手指，手指指節(jié)空腔內(nèi)的線圈通電后，通過電流大小不同可以改變電磁力對鐵芯的電磁力吸引力不同，從而改變手指指節(jié)內(nèi)部線圈與鐵芯之間的相對位置，從而可以通過力的傳遞作用來改變指節(jié)的長度，且同時由于指節(jié)的殼體內(nèi)腔和指節(jié)相連通的充氣道由顆粒物填充，通過控制殼體內(nèi)腔和充氣道中的氣壓從而使填充的顆粒物之間產(chǎn)生不同的摩擦力來改變手指的剛度，從而實現(xiàn)手指的鎖緊或放松；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，對抓取物體具有較好的適應抓取能力，具有較高的市場價值和推廣性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明單一指節(jié)結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)剖視圖(未填充顆粒物狀態(tài))。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明單一指節(jié)結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)剖視圖(未填充顆粒物狀態(tài))，如圖所示：本實施例的長度與剛度可調(diào)柔性手指，包括至少兩個相互鉸接的指節(jié)，每一指節(jié)包括由柔性材料制成并為內(nèi)中空結(jié)構(gòu)的殼體4和設(shè)置在殼體4內(nèi)的長度調(diào)節(jié)機構(gòu)，長度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括線圈5和鐵芯6，線圈5下端與殼體4的內(nèi)腔下端連接，鐵芯6以可在線圈5通電狀態(tài)下產(chǎn)生軸向移動對殼體4形成拉伸的方式套設(shè)在線圈5內(nèi)部并上端與殼體4的空腔上端連接；如圖所示，本實施例中，每一手指的指節(jié)設(shè)置至少三個，分別為近端指節(jié)、中間指節(jié)和遠端指節(jié)，其中中間指節(jié)可以根據(jù)實際需求手指長度的不同進行加裝，其中，近端指節(jié)1、中間指節(jié)2和遠端指節(jié)3的殼體4外部結(jié)構(gòu)可各有不同，每指節(jié)的殼體4由形狀可變的柔性材料制成(硅膠、乳膠、橡膠、彈性塑料等)；每個指節(jié)內(nèi)部包含有鐵芯6、線圈5，殼體4空腔內(nèi)的線圈5通電后，通過電流大小不同可以改變電磁力對鐵芯6的電磁力吸引力不同，由于線圈5與鐵芯6的一端分別與指節(jié)殼體4的內(nèi)部空腔的兩端剛性連接在一起，從而可通過力的傳遞作用來改變指節(jié)的長度；

每一指節(jié)的殼體4背部還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)氣壓以改變指節(jié)剛度的充氣道16，充氣道16與殼體4內(nèi)腔連通，兩相鄰指節(jié)內(nèi)的充氣道16相通設(shè)置，充氣道16內(nèi)填充有根據(jù)氣壓改變產(chǎn)生不同摩擦力的顆粒物7(塑料顆粒，咖啡粒，粉末等)；殼體4的背部是指相對手指的背側(cè)方向，中間指節(jié)2的充氣道16兩端都有通道用于和近端指節(jié)1和遠端指節(jié)3的內(nèi)部連通，由于指節(jié)中的空腔和指節(jié)之間的充氣道16由顆粒物7填充，通過控制氣體氣壓從而使空腔中填充的顆粒物7之間產(chǎn)生不同的摩擦力來改變手指的剛度；手指彎曲到一定程度后可以對空腔抽氣，通過空腔內(nèi)填充顆粒物7之間的摩擦力來使手指夾緊。

本實施例中，手指還包括用于驅(qū)動手指彎曲的拉索8，拉索8依次貫穿每一指節(jié)的腹部將指節(jié)串聯(lián)形成連接；各指節(jié)之間用線繩串聯(lián)作為驅(qū)動裝置；其中，拉索8為線繩，線繩自下而上依次穿過近端指節(jié)1、中間指節(jié)2和末端指節(jié)的腹部，并線繩的最上端僅與末端指節(jié)的腹部形成連接，與近端指節(jié)1和末端指節(jié)可相對滑動，線繩設(shè)置至少一個，如圖1所示，線繩設(shè)置并列的三個，當需要彎曲手指時，并線繩通過拉動各指節(jié)形成手指的彎曲，同時配合充氣道16內(nèi)氣壓的調(diào)節(jié)和顆粒物7的摩擦力改變實現(xiàn)手指的夾緊或放松。

本實施例中，長度調(diào)節(jié)機構(gòu)還包括彈簧9，彈簧9外套在鐵芯6上部外側(cè)，彈簧9一端與線圈5上端形成同軸連接，另一端與殼體4的內(nèi)腔上端連接；即彈簧9與線圈5形成連接，線圈5通電后，通過電流大小不同可以改變電磁力對鐵芯6的電磁力吸引力不同，通過電磁力與彈簧9產(chǎn)生的彈簧9彈力的平衡來改變手指指節(jié)內(nèi)部線圈5與鐵芯6之間的相對位置，并且在通電消失后方便指節(jié)的回位。

本實施例中，手指位于最近端的指節(jié)的下端設(shè)置有用于連通充氣道16進行充放氣的通氣管15；通氣管與外設(shè)的氣壓調(diào)節(jié)裝置(氣泵等)相配合使用，方便快捷，通氣管與指節(jié)的配合處設(shè)置有密封圈。

本實施例中，每一指節(jié)的殼體4內(nèi)部下端膠粘設(shè)置有線圈墊片14，線圈的下端通膠粘設(shè)置在線圈5墊片上；方便安裝，且節(jié)省空間。

本實施例中，鐵芯6通過膠粘設(shè)置在殼體4的空腔上端；方便安裝，且節(jié)省空間。

本實施例中，每一指節(jié)的充氣道16自殼體4內(nèi)腔內(nèi)自上向下延伸形成的柔性隔板10與殼體4的背部側(cè)壁共同圍成；柔性隔板10的向指節(jié)腹部的一側(cè)形成長度調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝空間，向指節(jié)背部的一側(cè)形成充氣道16結(jié)構(gòu)，柔性隔板10的下端與指節(jié)空腔的底部間形成連通長度調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝空間和充氣道16的連通口；另外，長度調(diào)節(jié)機構(gòu)還包括設(shè)置在指節(jié)殼體4的空腔內(nèi)的導向套13，導向套13內(nèi)套于線圈5并外套于鐵芯6設(shè)置，導向套設(shè)置在長度調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝空間內(nèi)。

本實施例中，兩相鄰指節(jié)的連接處形成有便于彎曲的V形缺口11；方便彎曲，具有較好的適應性。

本實施例中，每一指節(jié)的殼體4腹部外側(cè)設(shè)置有用于便于與工件接觸進行抓取的凸臺12。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。