一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手

本发明涉及软体机械手，更具体的说是涉及一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手。

背景技术：

1、当下越来越多的机械手应用到了各行各业，帮助人们完成了各类工作。其中刚性机械手具有响应迅速，精度高等优点，目前在工业生产中应用广泛，主要负责重复的、结构性、较危险的工作。但是由于刚性部件组成的刚性机械手，与目标零件接触通常为硬接触，缺乏一定的柔顺特性，对所抓取的零件没有一定的安全性，不适合抓取一些易碎的物体，如灯泡、玻璃制品、水果等。

2、在这样的背景下软体机械手应运而生，软体机械手通常由软体材料(如硅胶、橡胶)构成其手指结构和驱动腔室，有着很好的柔顺性，适合抓取易碎易损伤的物体。随着软体材料和制造技术的不断改进，软体机械手的设计变得更加灵活和多样化，新型的可拉伸、可扩展、自修复等特性的软体材料以及3d打印等制造技术的进步为软体机械手的发展提供了更多可能性，同时控制技术的进步为软体机械手的精确操作和智能化提供了支持，先进的传感器技术、机器学习和人工智能算法的应用，使得软体机械手能够更好地感知环境、做出适应性反应和自主决策，软体机械手已经在多个领域展示了广泛的应用潜力，包括医疗、救援、制造业、太空探索等，随着对其优势的认识不断增加，软体机械手将在更多领域得到应用和发展。

3、但是，现有的软体机械手主要存在以下几个问题：1)相比于传统的刚性机械手，软体材料的变形和可塑性可能会导致操作过程中的姿态控制和精准性受到影响，软体机械手在精确性和稳定性方面可能存在一定的挑战；2)软体材料可能会因为长时间使用或受到外部环境的影响而产生磨损、老化或损坏，从而影响软体机械手的耐久性和可靠性；3)由于软体材料的特殊性质，传统的设计和制造方法可能不够适用，特别是对于具有复杂形状和功能的软体机械手，不能实现可靠的制造和组装；此外，虽然软体机械手能够实现柔顺抓取，但由于软体材料本身低刚度的柔软特性，动作保持的刚性不够，导致其抓取力较小，负载能力偏低，难以满足较重工件的抓取要求。

4、因此，提供一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手是本领域技术人员亟需解决的问题。

5、发明

6、有鉴于此，本发明提供了一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，自适应性强，刚性好，结构简单、成本低。

7、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

8、一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，包括柔性手腕组件、多个手指连接组件和多个抓取机构，多个所述手指连接组件均安装在所述柔性手腕组件上且均匀分布或对称分布；多个所述抓取机构分别安装在多个所述手指连接组件上。

9、进一步的，所述柔性手腕组件包括手腕气动关节、快速接头、球形关节、多个第一支柱、多个第二支柱和多个弹簧，所述手腕气动关节内部具有第一气道，所述手腕气动关节底部具有球形腔，所述手腕气动关节侧面具有第一气压输入端口，所述第一气道一端与所述球形腔连通，所述第一气道另一端与所述第一气压输入端口连通；所述快速接头一端与所述第一气压输入端口连接，所述快速接头另一端与气泵连接；所述球形关节位于所述手腕气动关节的底部，且所述球形关节的球体位于所述球形腔内；多个所述第一支柱均匀安装在所述手腕气动关节上；多个所述第二支柱安装在所述球形关节上，且与所述第一支柱位置相对应；每个所述弹簧的两端分别与相对应的所述第一支柱和所述第二支柱连接。

10、进一步的，每个所述手指连接组件均包括手腕连接件和手指连接件，所述手腕连接件通过第一螺钉安装在所述球形关节的球座底部；所述手指连接件通过第二螺钉安装在所述手腕连接件底部；所述抓取机构顶部嵌合安装在所述手指连接件内。

11、进一步的，所述球座沿其径向开设有多个第一螺纹孔，所述手腕连接件顶端面具有与任一所述第一螺纹孔位置相对应的第二螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述第二螺纹孔通过所述第一螺钉连接。

12、进一步的，所述手腕连接件内侧开设有第三螺纹孔组，所述手腕连接件外侧开设有第四螺纹孔组，且所述第四螺纹孔组高于所述第三螺纹孔组；所述手指连接件顶部具有分别与所述第四螺纹孔组和所述第三螺纹孔组位置相对应的第五螺纹孔，所述第五螺纹孔与所述第四螺纹孔组以及所述第五螺纹孔与所述第三螺纹孔组均通过所述第二螺钉连接。

13、进一步的，每个所述抓取机构均包括倾斜腔室延展层、限制层、电阻式薄膜传感器和第一宝塔接头，所述倾斜腔室延展层、所述限制层和所述电阻式薄膜传感器由外到内分布且连接为一体，所述倾斜腔室延展层主体内部具有多个第一倾斜腔室，所述倾斜腔室延展层主体具有贯穿其的第二气道，所述倾斜腔室延展层外侧面具有第二气压输入端口，所述第二气道一端与所述第二气压输入端口连通，所述第二气道另一端分别与多个所述第一倾斜腔室连通；所述倾斜腔室延展层外侧具有多个第一延展槽，且所述第一延展槽位于相邻所述第一倾斜腔室之间；所述第一宝塔接头一端与所述第二气压输入端口连接，所述第一宝塔接头另一端与第一气压源连接。

14、进一步的，所述抓取机构还包括两个第二宝塔接头，所述倾斜腔室延展层顶部内部具有多个第二倾斜腔室、多个第三倾斜腔室、第三气道和第四气道，多个所述第二倾斜腔室和多个第三倾斜腔室对称分布，所述倾斜腔室延展层顶端面具有第三气压输入端口和第四气压输入端口，所述第三气道一端与所述第三气压输入端口连通，所述第三气道另一端分别与多个所述第二倾斜腔室连通，所述第四气道一端与所述第四气压输入端口连通，所述第四气道另一端分别与多个所述第三倾斜腔室连通；所述倾斜腔室延展层两侧分别开设有多个第二延展槽和多个第三延展槽，且所述第二延展槽位于相邻所述第二倾斜腔室之间，所述第三延展槽位于相邻所述第三倾斜腔室之间；所述限制层两侧分别开设有第四延展槽和第五延展槽，所述第四延展槽与所述第二延展槽位置相对应，所述第五延展槽与所述第三延展槽位置相对应；两个所述第二宝塔接头一端分别与所述第三气压输入端口和所述第四气压输入端口连接，两个所述第二宝塔接头另一端分别与第二气压源和第三气压源连接。

15、由此可知，本发明提供了一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、1)柔性手腕组件和抓取机构相互协调配合，实现对零件的抓取和装配动作，并且能够在进行装配作业时，自动补偿装配误差，提高装配精度；

17、2)抓取机构采用三个独立的倾斜腔室，实现对零件抓取的同时进行复杂动作，并且倾斜设计相较传统软体机械手相同气压下能有更大的弯曲角度和抓取力；

18、3)根据所抓物体外形自适应其外形，对于易碎零件具有很好地适应性，且适应范围大，可用于柔性生产和装配中各种不同零件的抓取需求。

技术实现思路

技术特征：

1.一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，其特征在于，包括柔性手腕组件、多个手指连接组件和多个抓取机构，多个所述手指连接组件均安装在所述柔性手腕组件上且均匀分布或对称分布；多个所述抓取机构分别安装在多个所述手指连接组件上。

2.根据权利要求1所述的一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，其特征在于，所述柔性手腕组件包括手腕气动关节、快速接头、球形关节、多个第一支柱、多个第二支柱和多个弹簧，所述手腕气动关节内部具有第一气道，所述手腕气动关节底部具有球形腔，所述手腕气动关节侧面具有第一气压输入端口，所述第一气道一端与所述球形腔连通，所述第一气道另一端与所述第一气压输入端口连通；所述快速接头一端与所述第一气压输入端口连接，所述快速接头另一端与气泵连接；所述球形关节位于所述手腕气动关节的底部，且所述球形关节的球体位于所述球形腔内；多个所述第一支柱均匀安装在所述手腕气动关节上；多个所述第二支柱安装在所述球形关节上，且与所述第一支柱位置相对应；每个所述弹簧的两端分别与相对应的所述第一支柱和所述第二支柱连接。

3.根据权利要求2所述的一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，其特征在于，每个所述手指连接组件均包括手腕连接件和手指连接件，所述手腕连接件通过第一螺钉安装在所述球形关节的球座底部；所述手指连接件通过第二螺钉安装在所述手腕连接件底部；所述抓取机构顶部嵌合安装在所述手指连接件内。

4.根据权利要求3所述的一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，其特征在于，所述球座沿其径向开设有多个第一螺纹孔，所述手腕连接件顶端面具有与任一所述第一螺纹孔位置相对应的第二螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述第二螺纹孔通过所述第一螺钉连接。

5.根据权利要求3或4所述的一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，其特征在于，所述手腕连接件内侧开设有第三螺纹孔组，所述手腕连接件外侧开设有第四螺纹孔组，且所述第四螺纹孔组高于所述第三螺纹孔组；所述手指连接件顶部具有分别与所述第四螺纹孔组和所述第三螺纹孔组位置相对应的第五螺纹孔，所述第五螺纹孔与所述第四螺纹孔组以及所述第五螺纹孔与所述第三螺纹孔组均通过所述第二螺钉连接。

6.根据权利要求5所述的一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，其特征在于，每个所述抓取机构均包括倾斜腔室延展层、限制层、电阻式薄膜传感器和第一宝塔接头，所述倾斜腔室延展层、所述限制层和所述电阻式薄膜传感器由外到内分布且连接为一体，所述倾斜腔室延展层主体内部具有多个第一倾斜腔室，所述倾斜腔室延展层主体具有贯穿其的第二气道，所述倾斜腔室延展层外侧面具有第二气压输入端口，所述第二气道一端与所述第二气压输入端口连通，所述第二气道另一端分别与多个所述第一倾斜腔室连通；所述倾斜腔室延展层外侧具有多个第一延展槽，且所述第一延展槽位于相邻所述第一倾斜腔室之间；所述第一宝塔接头一端与所述第二气压输入端口连接，所述第一宝塔接头另一端与第一气压源连接。

7.根据权利要求6所述的一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，其特征在于，所述抓取机构还包括两个第二宝塔接头，所述倾斜腔室延展层顶部内部具有多个第二倾斜腔室、多个第三倾斜腔室、第三气道和第四气道，多个所述第二倾斜腔室和多个第三倾斜腔室对称分布，所述倾斜腔室延展层顶端面具有第三气压输入端口和第四气压输入端口，所述第三气道一端与所述第三气压输入端口连通，所述第三气道另一端分别与多个所述第二倾斜腔室连通，所述第四气道一端与所述第四气压输入端口连通，所述第四气道另一端分别与多个所述第三倾斜腔室连通；所述倾斜腔室延展层两侧分别开设有多个第二延展槽和多个第三延展槽，且所述第二延展槽位于相邻所述第二倾斜腔室之间，所述第三延展槽位于相邻所述第三倾斜腔室之间；所述限制层两侧分别开设有第四延展槽和第五延展槽，所述第四延展槽与所述第二延展槽位置相对应，所述第五延展槽与所述第三延展槽位置相对应；两个所述第二宝塔接头一端分别与所述第三气压输入端口和所述第四气压输入端口连接，两个所述第二宝塔接头另一端分别与第二气压源和第三气压源连接。

技术总结本发明公开了一种集成柔性手腕的多功能气动软体机械手，包括柔性手腕组件、多个手指连接组件和多个抓取机构，多个手指连接组件均安装在柔性手腕组件上且均匀分布或对称分布；多个抓取机构分别安装在多个手指连接组件上。本发明通过柔性手腕组件和抓取机构相互协调配合，实现对零件的抓取和装配动作，并且能够在进行装配作业时，自动补偿装配误差，提高装配精度。技术研发人员：孙先涛,汪子雄,钟明升,朱文杰,陈文杰,陈伟海受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11