具有位姿反馈功能的仿生软体多指灵巧手的制作方法

本发明涉及机械手，尤其是一种仿生软体多指灵巧手。

背景技术：

现有的仿生软体多指灵巧手，例如中国发明专利申请号201511016016.2公开了浙江工业大学研究的基于fpa驱动的多指灵巧手，其每个手指由多个fpa构成，结构精简，具有良好的柔顺性和适应性。

关于软体手指，欧洲委员会资助的章鱼机器人项目研制的仿生章鱼软体触手，其具有很好的柔韧性，能自由的缠绕并抓取目标物体；哈佛大学研发的软体机械触手，由一种柔性塑料制成，内有三条空气通道，贯穿整个主干；克莱姆森大学的机器人学家沃克研发的新型软体蛇形机器人，计划打算将该机器人用于外太空帮助人类机组成员执行任务。

关于软体多指抓持器，目前世界各地都有在研究。例如德国研制的一个主要由聚酰胺塑料构成的机械象鼻，该象鼻由其内部的三根中空的管道的充放气来实现整体的伸缩和弯曲；哈佛大学georgewhiteside团队研发的海星式软体灵巧手，在模制硅胶中嵌入气球状通道，以创造当空气被泵入通道时以特定方式改变形状的材料；由北京软体机器人公司设计的一个气动柔性爪持器，能准确的抓取易损、易碎的不同物体，等等。

关于软体灵巧手，英国奥克杜公司开发的pbo软体灵巧手，装载到机械臂上可用于生鲜类食品的抓取和包装，可以像人一样，以各种不同的姿势、大小不同的力量来抓取千奇百怪的商品，能够满足大型仓储的适应性需求；荷兰代尔夫特理工大学研制的人形机械手，其由3d打印而成，可以响应人的触摸与人握手的时候就像真人一样会做出反馈；康奈尔大学的研究人员制作出的柔性机器人手，能够轻轻地握住物体不至于损坏该物体之外，还可以感觉出物体的形状和纹理，等等。

上述专利和公开文献中的软体机器人都能很好的实现要执行的运动，但是大部分都缺乏位姿自我反馈能力。位姿自我反馈对于机器人是非常重要的部分，但是鉴于软体机器人的特殊性，目前现有的大部分软体机器人都不具备位姿反馈能力。

技术实现要素：

为了克服已有仿生软体多指灵巧手的无法反馈位姿、控制精度较差的不足，本发明提供一种实时反馈位姿、控制精度较好的具有位姿反馈功能的仿生软体多指灵巧手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有位姿反馈功能的仿生软体多指灵巧手，所述灵巧手包括五个手指和手掌，每个手指均包括手指主体和手指基体，所述手指主体的后端与所述手指基体前端连接，所述手指基体的后端安装在所述手掌上，所述手指主体包括弹性主体、钢丝、第一钢丝通道腔、中心驱动腔和侧驱动腔；所述弹性主体呈圆柱形，所述弹性主体的中部设有中心驱动腔，在所述中心驱动腔外的弹性主体的一圈上等圆弧间隔地设有至少三个侧驱动腔；所述中心驱动腔和侧驱动腔前端封闭，后端与对应的基体气管通道腔相通；所述第一钢丝通道腔等间距地位于两两相邻的侧驱动腔之间；所述钢丝位于每一个第一钢丝通道腔正中间，所述钢丝前端固定；

所述手指基体包括基体和气管通道腔，所述基体呈圆柱状，所述基体中心和周边均匀分布气管通道腔，所述气管通道腔分别与中心驱动腔和侧驱动腔连通，所述气管通过气管通道腔与中心驱动腔和侧驱动腔相通；

所述仿生软体多指灵巧手还包括运动位姿检测组件，所述运动位姿检测组件包括相互配合的永磁铁和霍尔元件，所述钢丝的后端连接一个永磁铁；所述手指基体内设置霍尔元件放置腔，所述第一钢丝通道腔和霍尔元件放置腔相通并且位于同一中心直线上；所述霍尔元件位于所述霍尔元件放置腔内，所述霍尔元件与磁铁非接触式相对设置且相互之间留有空间。

进一步，所述手指基体内设置第二钢丝通道腔和磁铁放置腔，所述第二钢丝通道腔与所述第一钢丝通道腔相接，所述第一钢丝通道腔、第二钢丝通道腔、磁铁放置腔和霍尔元件放置腔相通并且位于同一中心直线上；所述钢丝的后端穿过所述第二钢丝通道腔，所述永磁铁位于所述磁铁放置腔，所述霍尔元件放置腔位于所述磁铁放置腔的后方。

再进一步，所述弹性主体上设有三个侧驱动腔和三个第一钢丝通道腔，所述基体上设有三个霍尔元件放置腔和四个气管通道腔，所述四个气管通道腔分别与中心驱动腔和侧驱动腔连通。

本发明的技术构思为：运用气压来控制软体多指灵巧手的运动，软体多指灵巧手的手指主要由橡胶材料做成具有良好的延展性和柔韧性，运用霍尔元件和磁铁制成的传感器来反馈手指的位姿。软体灵巧手指内部有气体驱动腔和钢丝通道腔，气体驱动腔用于冲入气体产生压力差从而控制软体灵巧手指弯曲和伸长；若软体灵巧手指伸长或者弯曲，会导致钢丝上固定的磁铁与霍尔元件发生相对运动，从而导致磁铁相对霍尔元件的磁场强度发生变化，从而霍尔元件输出不同的电压，于是通过这种方法来就可反馈仿生软体多指灵巧手的位姿情况。

本发明着眼于目前软体灵巧手研究缺乏自身位姿的反馈，提出一种具有位姿反馈功能的仿生软体多指灵巧手的结构，是软体机器人研究的一种新探索，有望解决目前软体灵巧手不能反馈自身位姿情况的问题。

本发明的有益效果主要表现在：使软体灵巧手人具有很好的柔软性和弯曲性，能够有效的抓取不同结构外形的目标物体，在执行动作的同时能够实时反馈软体灵巧手各手指的位姿情况。

附图说明

图1是软体多指灵巧手的手指的弹性主体结构图。

图2是软体多指灵巧手的手指基体部分结构局部剖视图。

图3是软体多指灵巧手的手指整体示意图。

图4是软体多指灵巧手自然状态图。

图5是软体多指灵巧手弯曲状态图。

图中，1.手指弹性主体，2.第一钢丝通道腔，3.中心驱动腔，4.侧驱动腔，5.钢丝，6.永磁铁，7.霍尔元件，8.气管，9.手指基体，10.气管通道腔，11.第二钢丝通道腔，12.磁铁放置腔，13.霍尔元件放置腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种具有位姿反馈功能的仿生软体多指灵巧手，所述灵巧手包括五个手指和手掌，所述手指包括手指基体和手指主体，所述手指基体上部和所述手指主体下部相连接，所述手指主体包括弹性主体1、钢丝5、钢丝通道腔2、3中心驱动腔和侧驱动腔4；所述弹性主体呈圆柱形，所述弹性主体的中部设有中心驱动腔3，在所述中心驱动腔3外的弹性主体1的一圈上等圆弧间隔地设有至少三个呈类似梯形状的侧驱动腔4；所述中心驱动腔3和侧驱动腔4上端封闭，下端与对应的基节气管通道腔相通；所述钢丝通道腔2有三个，等间距地位于三个侧驱动腔4之间；所述钢丝5位于每一个钢丝通道腔2正中间，所述钢丝5上端固定，下端连接一个永磁铁6。

所述手指基体9包含钢丝通道腔2、磁铁放置腔12、气管通道腔10和霍尔元件放置腔13，所述基体9呈圆柱状，所述基体9的中心设置一个气管通道腔10，所述基体9的周边均匀分布三个气管通道腔10，四个气管通道腔10分别与主体中心驱动腔3和侧驱动腔4三者中心线在同一条直线上，所述气管8通过气管通道腔10与主体1的中心驱动腔3和侧驱动腔4相通；所述霍尔元件放置腔13、磁铁放置腔12和钢丝通道腔2三者在相通并且同一中心直线上；所述永磁铁7与钢丝5固定相连，所述霍尔元件7与永磁铁6之间不接触，留有一定空间。

进一步，所述永磁铁6形状不一定为方形，可以为其他任何形状，此处是为了方便在图形上更清楚地表示各个部件才设为方形。基体9中的第二钢丝通道腔也可不用，即钢丝5不深入基体9内部，但是永磁铁6在基体9内部。永磁铁6的大小可以根据实际情况而定，以软体可以较灵敏地感应机器人弯曲为最佳。

更进一步，软体灵巧手指不一定是五个，可以根据实际情况自由增加或者减少手指数量，手指可以头尾互相连接组合，这样便能根据实际应用需要加长手指的长度；霍尔元件7可以连外接电路输出数据，也可以连接内置的信号发射设备，比如蓝牙或者wifi发射器，用以输出信号。

本实施例中，弹性主体1中在中心驱动腔3和侧驱动腔2通入气体，其气压均在材料承受范围之内内；只向中心驱动腔3通入气体，可使软体机器人轴向伸长；中心驱动腔3不充入气体，三个侧驱动腔2通入不同气压，软体机器人会向气压小的那个侧驱动腔弯曲。若软体机器人弯曲，会导致钢丝5上固定的磁铁6与霍尔元件7发生相对运动，从而导致磁铁6相对霍尔元件7的磁场强度发生变化，从而霍尔元件7输出不同的电压，于是通过这种方法来就可反馈软体灵巧手的手指位姿情况。

本实施例的方案使软体灵巧手人具有很好的柔软性和弯曲性，能够有效的抓取不同结构外形的目标物体，在执行动作的同时能够实时反馈软体灵巧手各手指的位姿情况。