一种柔性手指、机械手及机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人末端执行机构，特别是涉及一种柔性手指。


背景技术：

2.在工业自动化领域，机械臂末端抓取动作主要由刚性机械手爪或真空吸盘完成。但刚性机械手爪，由于力度难以控制，很难对柔软、脆弱物体实现无损抓取。真空吸盘在搬运过程中难以适应表面粗糙、开孔的异形物体。这导致两者应用场景均存在局限性。
3.目前利用硅橡胶等弹性材料制作而成的软体作动单元、执行器，是利用内外压差实现变形和作动的，一般使用流体(例如，气体)作为驱动介质，改变软体作动单元的内部压力，实现压差驱动。作为软体作动单元或执行器的一种实例，柔性手指在工商业中有很多应用场景，柔性手指通常包括用于进气的接口、与接口连接的多个指节、与指节一一对应的气囊、连通所述多个气囊与接口的气路通道和连接两个相邻指节的节间。
4.但是现有的柔性夹具，因其材质的摩擦系数较小，所以在进行物体的抓取时，往往会导致抓持效果不稳定，物体容易脱落，尤其是在抓取外表面粗糙度较小或易碎的物体时，这种缺陷更为明显。而且，现有的柔性手指结构的气囊结构在施加气压时，结构内部应力分布不均匀，存在局部应力集中情况，使得柔性手指的使用寿命不长，且每个气囊膨胀的效果转化成柔性手指整体的弯曲变形的转换效率不高。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是：在于提供一种柔性手指，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
6.本实用新型解决其技术问题的解决方案是：一种柔性手指，包括指板与指面，所述指面设于所述指板的上方，所述指面与指板之间形成通气腔，所述指面自前往后包括指尖部、指节部以及指根部，所述指节部包括两个以上，多个所述的指节部自前往后间隔排布，所述指节部包括一个最前方的指节部，所述最前方的指节部与所述的指尖部衔接，所述指板的底面设有耐磨板，所述耐磨板位于所述指尖部的下方，且所述耐磨板的后边沿不超过所述最前方的指节部。
7.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在指板的底面增加耐磨板，利用耐磨板增强与物品的摩擦力，使得在抓取物品的时候更加牢固，同时，由于耐磨板的后边沿不超过所述最前方的指节部，因此该耐磨板并不影响手指的正常弯曲。
8.作为上述技术方案的进一步改进，所述耐磨板为厚度不超过4mm的铁板。所述的耐磨板采用薄铁板，不仅可以提高其耐用度，而且薄的铁板其自身弹性较好，在手指弯曲的时候，动作更加流畅，使得铁板能更好地接触到被抓物品。
9.作为上述技术方案的进一步改进，所述耐磨板的背面设有防滑纹。所述的耐磨板的背面为带花纹的板材，表面设置了防滑纹后，可以增强耐磨板与被抓物品之间的接触面积。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述耐磨板镶嵌在所述指板上，所述耐磨板的背面与所述指板的背面齐平。耐磨板镶嵌在了指板上，可以增加耐磨板的安装可靠性，使用过程中，耐磨板不会出现脱落。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述指板包括第一区域，所述第一区域对应所述指尖部以及所述最前方的指节部，所述耐磨板布满所述的第一区域。采用该方案后，使得耐磨板的表面积尽量的大，增加抓取物品的可靠性。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述指节部包括上壁、下壁、前壁、后壁、左壁与右壁，所述前壁与后壁的厚度相同，所述前壁的厚度均小于所述上壁、下壁、左壁与右壁的厚度。通过将前壁的厚度设置得比上壁、下壁、左壁与右壁的厚度都要小，可以使得柔性手指在充气的时候，能更好的定向弯曲，提高手指整体的弯曲变形的转换效率，延长手指的使用寿命。
13.作为上述技术方案的进一步改进，位于后方的指节部的前壁与其前方的指节部的下壁衔接，所述下壁包括第一弧形段，所述上壁包括第二弧形段，所述第二弧形段的半径大于所述第一弧形段的半径。通过优化指节部的形状，使得手指的弯曲变形的转化率更高。
14.为了进一步提高柔性手指的结构强度，所述指板与指面一体成型。相比于现有技术中，通过粘接的方式将指板与指面连接在一起，通过一体成型的方式将指板与指面结合一起，可以明显提高柔性手指的结构强度，同时，所述指节部悬空于所述指板上，使得通气腔的截面可以更大，通气的时候，阻力更小，更有利于柔性手指的弯曲变形。
15.本实用新型还提供一种机械手，包括至少一个柔性手指，所述柔性手指为上述任意一项所述的柔性手指。本实用新型提供的机械手通过使用上述的柔性手指，可以柔性并且在大负载下抓取物品，在执行能力上有巨大的提升。
16.本实用新型一种机器人，包括至少一个机械手，本实用新型所述机械手为上述所述的机械手。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
18.图1是本实用新型的柔性手指的立体示意图；
19.图2是本实用新型的柔性手指的正面剖视图；
20.图3是本实用新型的柔性手指的上表面剖视图。
具体实施方式
21.以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分
的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
24.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。同时，本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
25.柔性手指100用于在外部驱动源的作用下执行目标动作。柔性手指100多应用于机械手(图未示)中，多根柔性手指100之间的相互配合能够胜任和完成机械手的抓取、握持等动作；柔性手指100自身所具有的柔性，也能够使得应用柔性手指100的机械手在执行作业任务时更加适应外部复杂环境。
26.机械手在任务执行过程中能够通过柔性手指100的柔性增大与环境物体在贴合时的接触面积，这使得机械手本身所承受的环境作用应力大幅下降，同时柔性手指100所具有的多自由度和变形能力也提高了机械手的灵活性。柔性手指100在机械手上的应用，极大的提高了机械手的整体安全性以及与外部环境的交互能力。本实施方式中，柔性手指100所应用到的机械手适用于工业自动化生产线中，机械手通过柔性手指100实现对工件的摆放、加工等动作。可以理解，柔性手指100所应用的机械手还可以根据不同的功能用途，适用于探测、抢险、康复治疗等除工业制造之外的其他领域中。
27.具体的，参照图1～图3，柔性手指100，包括一体成型的指板200与指面300，其中所述的指板200与指面300为硅胶材料，所述指面300位于所述指板200的上方，其中所述的指面300自前往后包括指尖部310、指节部320以及指根部330，其中所述的指节部320有多个，多个所述的指节部320自前往后间隔排布，多个所述的指节部320形成类似的风琴状，多个所述的指节部320中，位于最前方的指节部320与所述的指尖部310衔接，而位于最后方的指节部320与所述的指根部330衔接。参见图2、图3，所述的指节部320包括上壁321、下壁322、前壁323、后壁324、左壁325与右壁326，其中所述前壁323与后壁324的厚度相同，所述前壁的厚度均小于所述上壁321、下壁322、左壁325与右壁326的厚度。具体的，多个指节部320之间的连接关系如下：位于后方的指节部320的前壁323与其前方的指节部320的下壁衔接322，所述下壁包括第一弧形段3221，所述上壁321包括第二弧形段3211，所述第二弧形段3211的半径大于所述第一弧形段3221的半径。由于第一弧形段3221的存在，使得前方的指节部320的后壁324与位于后方的指节部320的前壁323之间形成了间隙α，而由于第二弧形段3211的存在，使得同一指节部320中的前壁323与后壁324之间形成了空隙β，其中β大于α。另外，所述指节部320的下壁322与指板200的内表面之间上下错开分离，形成了通道γ，通
道γ以及多个指节部320的空隙β组成了通气腔400，而在指根部330上设有与通气腔400连通的进气口331。
28.同时，在所述指板200的底面上设有了耐磨板500，所述耐磨板500位于所述指尖部310的正下方，且所述耐磨板500的后边沿不超过所述最前方的指节部320。所述的耐磨板500为厚度不超过4mm的铁板。
29.工作的时候，指板200与指面300的相互配合，用于实现柔性手指100的内弯与外展；指根部330用于连通外部驱动源。外部驱动源通过指根部330上开设的进气口331连通通气腔400，外部驱动源向驱动腔400内注入或者抽排驱动介质，从而使得通气腔400内形成正压或者负压；由于指板200与指面300在形状构造上的差异，造成二者在对正压与负压下的变形响应程度不同，进而实现外部驱动源通过调节通气腔400内的压力状态控制柔性手指100实现内弯与外展。本实施方式中，外部驱动源通过气动控制的方式实现对柔性手指100的动力驱动，也即通气腔400内容置的驱动介质为气体介质。可以理解的，外部驱动源也可以通过液压控制的方式实现对柔性手指100的动力驱动，也即通气腔400内容置的驱动介质可以为液体介质。
30.当柔性手指100内弯抓取物品的时候，指板200的前端会与物品的表面进行接触。而由于在指板200底面的前端上设有了耐磨板500，抓取物品的时候，是耐磨板500与物品的表面进行接触。由于指尖部310中没有设置空腔结构，因此在柔性手指100内弯的时候，指板200在该位置上的形变并不明显，因此，耐磨板500的弯曲变形也不多，整体上耐磨板500还基本保持平板状，同时耐磨板500为厚度较薄的金属板，本身也有一定的弹性，因此，当柔性手指100内弯的时候，耐磨板500也可以在合理范围内发生形变。相比于指板200的硅胶材料，采用金属铁的耐磨板500在于物品进行接触的时候，具有更好的刚性，摩擦性能更好，能更稳的抓住物品。
31.同时，本实施例中，由于指节部320的前壁323与后壁324是整个指节部320中壁厚最薄的地方，当柔性手指100充气内弯的时候，柔性手指更容易沿着向下向后的方向进行弯曲变形，提高柔性手指100整体的弯曲变形的转换效率，延长柔性手指100的使用寿命。
32.进一步作为优选的实施方式，所述耐磨板500的背面设有防滑纹。所述防滑纹的形状可以是菱形、环形或者是其他常用的形状结构。相比于光滑表面而言，在耐磨板500的表面设置了防滑纹后，可以增强耐磨板500与被抓物品之间的接触面积，使得物品的抓取更加牢固。
33.进一步的，为了使得耐磨板500与指板200的结合更加紧密，所述耐磨板500镶嵌在所述指板200上。镶嵌的方式可以是柔性手指100在浇注成型的时候，将耐磨板500放在成型模具的模腔中。当柔性手指100成型后，耐磨板500即可很好地与指板200结合在一起，同时通过改善模具的型腔结构，使得指板200在成型后，耐磨板500的背面与所述指板200的背面齐平。耐磨板500内嵌在所述指板200中，不仅可以更加美观，而且更加耐用，使用的时候减少耐磨板500意外脱离的风险。
34.在一些实施例中，为了简化柔性手指100的生产，所述的指板200与指面300可以单独浇注成型，然后通过粘接的方式将指板200由于指面300结合起来。
35.而在另外的一些实施例中，为了简化生产，所述指节部320可以采用等壁厚的结构。
36.本实用新型还提供一种机械手(图中未视)，包括至少一个柔性手指100，所述柔性手指100为上述任意一项所述的柔性手指。本实用新型提供的机械手通过使用上述的柔性手指100，可以柔性并且在大负载下抓取物品，在执行能力上有巨大的提升。
37.本实用新型一种机器人(图中未视)，包括至少一个机械手，本实用新型所述机械手为上述所述的机械手。
38.以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。