可变刚度手指和仿生设备

1.本发明涉及机械手指技术领域，尤其涉及一种可变刚度手指和仿生设备。


背景技术：

2.随着机器人产业的迅猛发展，机器人应用领域不断扩大，对其各方面性能提出了新的要求。从仿生学角度考虑，人的手指在受到外力时，可以根据其变形情况对自身刚性迅速做出调整，以此来适应不同的工作环境。而对于机器人上的机械手指，低刚度的机械手指具有更好的顺应性，对环境也更安全，但在承受负载时需要足够的刚度。目前的机械手指无法及时调整自身刚度，适应能力较差。


技术实现要素：

3.本发明提供一种可变刚度手指，用以解决现有技术中机械手指的刚度调节不便的缺陷，实现可变刚度手指的刚度调节，提高其适应能力。
4.本发明提供一种可变刚度手指，包括：
5.手指主体，所述手指主体设有相背离的前侧和背侧；
6.传感器，所述传感器至少部分嵌设于所述手指主体；
7.第一驱动线，所述第一驱动线活动贯穿所述手指主体，且所述第一驱动线邻近所述前侧设置，所述第一驱动线的一端与所述手指主体的一端固定连接，拉动所述第一驱动线，所述手指主体发生形变，以挤压所述传感器；
8.第二驱动线，所述第二驱动线活动贯穿所述手指主体，且所述第二驱动线邻近所述背侧设置，所述第二驱动线的一端与所述手指主体的一端固定连接，所述第二驱动线设有弹性件，拉动所述第二驱动线，所述弹性件发生弹性形变。
9.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述可变刚度手指还包括连接件，所述连接件设于所述第一驱动线和所述第二驱动线的活动端，所述连接件分别连接所述第一驱动线和所述第二驱动线。
10.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述手指主体包括：
11.本体部，所述本体部设有所述前侧和所述背侧，所述第一驱动线和所述第二驱动线活动贯穿所述本体部；
12.端部，所述端部设于所述本体部的一端，且所述第一驱动线和所述第二驱动线均与所述端部固定连接，所述传感器夹设于所述本体部和所述端部之间。
13.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述本体部开设有贯穿两端的连通通道和两个贯穿孔，两个所述贯穿孔分别位于所述连通通道的两侧，所述第一驱动线穿设于一所述贯穿孔，所述第二驱动线穿设于另一所述贯穿孔，所述传感器对应所述第一驱动线和所述第二驱动线开设有两个过孔，所述第一驱动线和所述第二驱动线分别穿设于两个所述过孔。
14.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述端部开设有两个安装孔，所述第一驱
动线和所述第二驱动线分别穿设于两个所述安装孔，以与所述端部连接。
15.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述弹性件为弹簧，且所述弹簧位于所述第二驱动线邻近活动端的一端。
16.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述传感器包括：
17.传感部，所述传感部夹设于所述本体部和所述端部之间，且所述传感部在所述前侧和所述背侧的连线方向上延伸；
18.连接部，所述连接部的一端与所述传感部连接，所述连接部穿设于所述连通通道，所述连接部远离所述传感部的一端用于与外部器件连接，以传输数据。
19.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述可变刚度手指还包括两个凸台，两个所述凸台夹设于所述主体部和所述端部之间，所述第一驱动线和所述第二驱动线分别贯穿两个所述凸台，且所述凸台与所述传感部抵接。
20.根据本发明提供的一种可变刚度手指，所述可变刚度手指还包括垫片，所述垫片夹设于所述本体部和所述端部之间，且所述垫片位于所述传感部面向所述端部或背向所述端部的一侧，两个所述凸台连接于所述垫片，且两个所述凸台位于所述垫片面向所述传感部的一侧。
21.本发明还提供一种仿生设备，包括机械主体和如上所述的可变刚度手指，所述可变刚度手指设于所述机械主体。
22.本发明提供的可变刚度手指，手指主体设有相背离的前侧和背侧，通过第一驱动线和第二驱动线分别设于前侧和背侧，且第一驱动线和第二驱动线活动贯穿手指主体，从而拉动手指主体发生形变。同时，在第二驱动线上连接有弹性件，当同时拉动第一驱动线和第二驱动线时，手指主体将向前侧弯曲，则此时第一驱动线可为手指主体提供负载，而第二驱动线则提供拮抗，通过弹性件弹性形变实现手指主体的变刚度控制。此外，在手指主体内嵌入的传感器可以通过测量受力情况推算出手指主体的刚度，实现手指主体的刚度感知。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
24.图1是本发明提供的可变刚度手指的爆炸图；
25.图2是本发明提供的可变刚度手指的部分结构示意图。
26.附图标记：
27.100、可变刚度手指；1、手指主体；11、本体部；111、前侧；112、背侧；113、连通通道；114、贯穿孔；12、端部；121、安装孔；2、传感器；21、传感部；211、过孔；22、连接部；3、第一驱动线；4、第二驱动线；41、弹性件；5、连接件；6、垫片；61、凸台。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，
而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.请结合参照图1和图2，本发明提供一种可变刚度手指100，包括手指主体1、传感器2、第一驱动线3及第二驱动线4，手指主体1设有相背离的前侧111和背侧112；传感器2至少部分嵌设于手指主体1；第一驱动线3活动贯穿手指主体1，且第一驱动线3邻近前侧111设置，第一驱动线3的一端与手指主体1的一端固定连接，拉动第一驱动线3，手指主体1发生形变，以挤压传感器2；第二驱动线4活动贯穿手指主体1，且第二驱动线4邻近背侧112设置，第二驱动线4的一端与手指主体1的一端固定连接，第二驱动线4设有弹性件41，拉动第二驱动线4，弹性件41发生弹性形变。
30.本实施例中，手指主体1可为连续体，并可发生弹性形变，以实现相应功能，例如抓取、弯曲等。可以理解的，传感器2嵌设于手指主体1内，当手指主体1发生形变时，传感器2可根据其自身收到的挤压力采集数据，并传输至外部设备。具体地，第一驱动线3和第二驱动线4在手指主体1的一端活动贯穿手指主体1，并在手指主体1的另一端与手指主体1固定连接，如此，当拉动第一驱动线3和第二驱动线4时，手指主体1在第一驱动线3和第二驱动线4的拉动下弯曲形变。需要说明的是，第一驱动线3和第二驱动线4分别邻近前侧111和背侧112设置，以拉动手指主体1弯曲形变。需要说明的是，前侧111和背侧112可模拟人手指的前面和背面。
31.可以理解的，当拉动第二驱动线4时，弹性件41相应的伸长，以给第一驱动线3拉动手指主体1提高拮抗，从而实现手指主体1的变刚度控制。弹性件41可以是拉簧、弹簧，只要在拉动时能产生弹性形变即可，在此不做限定。在此以弹性件41为弹簧为例，弹簧位于第二驱动线4邻近活动端的一端，也就是说，弹簧位于手指主体1外，以留给弹簧足够的安装空间，而第二驱动线4的一部分通过贯穿手指主体1并固定在手指主体1的另一端。
32.本发明提供的可变刚度手指100，手指主体1设有相背离的前侧111和背侧112，通过第一驱动线3和第二驱动线4分别设于前侧111和背侧112，且第一驱动线3和第二驱动线4活动贯穿手指主体1，从而拉动手指主体1发生形变。同时，在第二驱动线4上连接有弹性件41，当同时拉动第一驱动线3和第二驱动线4时，手指主体1将向前侧111弯曲，则此时第一驱动线3可为手指主体1提供负载，而第二驱动线4则提供拮抗，通过弹性件41弹性形变实现手指主体1的变刚度控制。此外，在手指主体1内嵌入的传感器2可以通过测量受力情况推算出手指主体1的刚度，实现手指主体1的刚度感知。
33.如图1所示，根据本发明提供的一种可变刚度手指100，可变刚度手指100还包括连接件5，连接件5设于第一驱动线3和第二驱动线4的活动端，连接件5分别连接第一驱动线3和第二驱动线4。
34.需要说明的是，第一驱动线3和第二驱动线4与手指主体1连接的一端为固定端，则另一端为活动端，活动端用于与连接至外部驱动件上，以使得外部驱动件拉动第一驱动线3和第二驱动线4进而使得端部12和本体部11发生形变，外部驱动件可以是电机、伸缩气缸等。连接件5将第一驱动线3和第二驱动线4连接起来，以便于一起拉动第一驱动线3和第二驱动线4，如此，第一驱动线3可为手指主体1提供负载，而第二驱动线4则提供拮抗，通过弹性件41弹性形变实现手指主体1的变刚度控制。可选地，连接件5呈环状，以与手指主体1相适配，连接件5中间设有走线孔，以便于传感器2通过走线孔与外部设备数据连接。
35.如图2所示，根据本发明提供的一种可变刚度手指100，手指主体1包括本体部11和端部12，本体部11设有前侧111和背侧112，第一驱动线3和第二驱动线4活动贯穿本体部11；端部12设于本体部11的一端，且第一驱动线3和第二驱动线4均与端部12固定连接，传感器2夹设于本体部11和端部12之间。
36.本实施例中，本体部11为连续体，并可发生弹性形变，以实现相应功能，例如抓取、弯曲等。可选地，本体部11呈圆柱体状，端部12呈半球型，如此，端部12的端面与本体部11的一端连接，以将传感器2夹设于端部12和本体部11之间。可选地，端部12与本体部11的连接方式可以是卡扣连接、粘接、插接或者通过连接件5进行连接，在此不做限定。端部12可采用硬质材料制成，当端部12受到外力时，以更好地传递作用力至传感器2，从而更好地挤压传感器2，传感精度更高，当然，端部12也可采用弹性体材质制成，以达到更好地仿生效果。可以理解的，传感器2的传感部21位夹设在端部12与本体部11之间，以采集传感信息，而传感器2的连接部22位可穿过本体部11与外部设备连接，以将信息传输至外部设备。如此，外部设备通过对传感信息的分析即可得知可变刚度手指100的受力情况，从而及时调整可变刚度手指100与接触物品的接触力度。
37.本实施例中，第一驱动线3和第二驱动线4均活动贯穿本体部11，且第一驱动线3和第二驱动线4的一端与端部12固定连接，以使得第一驱动线3和第二驱动线4可拉动端部12与带动本体部11发生形变。可以理解的，第一驱动线3和第二驱动线4与本体部11偏心设置，也就是说，第一驱动线3和第二驱动线4的一端均与端部12邻近边缘的部位连接，如此，当同时拉动第一驱动线3和第二驱动线4时，手指主体1将向前侧111弯曲，则此时第一驱动线3可为手指主体1提供负载，而第二驱动线4则提供拮抗。第一驱动线3和第二驱动线4可以是钢丝线或者铜线等线体，在此不做限定，只要能够拉动端部12和本体部11形变即可。可以理解的，第一驱动线3和第二驱动线4远离端部12的一端可连接至外部驱动件上，以使得外部驱动件拉动第一驱动线3和第二驱动线4进而使得端部12和本体部11发生形变，外部驱动件可以是电机、伸缩气缸等。可以理解的，弹性件41连接于第二驱动线4上，拉动第一驱动线3和第二驱动线4时，第一驱动线3拉动手指主体1形变的力量较大，而第二驱动线4被拉动时部分力量会分给弹性件41发生弹性形变，从而实现手指主体1的变刚度控制。
38.根据本发明提供的一种可变刚度手指100，本体部11开设有贯穿两端的连通通道113和两个贯穿孔114，两个贯穿孔114分别位于连通通道113的两侧，第一驱动线3穿设于一贯穿孔114，第二驱动线4穿设于另一贯穿孔114，传感器2对应第一驱动线3和第二驱动线4开设有两个过孔211，第一驱动线3和第二驱动线4分别穿设于两个过孔211。
39.本实施例中，连通通道113与本体部11同轴设置，以便于传感器2通过连通通道113与外部设备连接，以传输数据。可以理解的，每一贯穿孔114的延伸方向与连通通道113的延伸方向相平行。第一驱动线3穿设于一贯穿孔114，第二驱动线4穿设于另一贯穿孔114，且第一驱动线3和第二驱动线4的一端与端部12固定连接，以便于拉动端部12以使得端部12和本体部11弯曲形变。同时，传感器2对应第一驱动线3和第二驱动线4均开设有过孔211，以使得第一驱动线3和第二驱动线4穿过过孔211与端部12连接。可以理解的，第一驱动线3和第二驱动线4拉动端部12时，端部12和本体部11邻近第一驱动线3和第二驱动线4的部分受力更集中，也即，将传感器2套设在第一驱动线3和第二驱动线4，以便于采集端部12和本体部11的受力信息。
40.根据本发明提供的一种可变刚度手指100，端部12开设有两个安装孔121，第一驱动线3和第二驱动线4分别穿设于两个安装孔121，以与端部12连接。
41.本实施例中，每一安装孔121与一贯穿孔114对应设置，使得驱动线穿设于贯穿孔114后可穿设于安装孔121。为了便于第一驱动线3和第二驱动线4与端部12连接固定，设置安装孔121贯穿端部12，也就是说，第一驱动线3和第二驱动线4从端部12面向本体部11的一侧穿过端部12，如此，可在端部12背向本体部11的一侧固定第一驱动线3和第二驱动线4。若在端部12面向本体部11的一侧对第一驱动线3和第二驱动线4进行固定，当端部12与本体部11相靠近以夹持传感器2后，不便于第一驱动线3和第二驱动线4的固定。而当设置第一驱动线3和第二驱动线4穿过安装孔121后，端部12背向本体部11的一侧并无遮挡，便于连接第一驱动线3和第二驱动线4至端部12上。可选地，第一驱动线3和第二驱动线4可通过螺钉或者螺母等连接件5固定在端部12，只要能够使得拉动第一驱动线3和第二驱动线4以使可变刚度手指100弯曲即可。
42.根据本发明提供的一种可变刚度手指100，传感器2包括传感部21和连接部22，传感部21夹设于本体部11和端部12之间，且传感部21在前侧111和背侧112的连线方向上延伸；连接部22的一端与传感部21连接，连接部22穿设于连通通道113，连接部22远离传感部21的一端用于与外部器件连接，以传输数据。
43.本实施例中，传感部21在前侧111和背侧112的连线方向上延伸，以实现手指主体1前侧111和背侧112受力信息的采集。传感部21与连接部22可采用一体成型结构，以提高连接稳定性。连接部22可弯折，以穿设于连通通道113，并与外部设备连接。可以理解的，连接部22的一端与传感部21连接，且连接部22邻近传感部21的位置处弯折90
°
，以穿过连通通道113与外部设备连接。
44.根据本发明提供的一种可变刚度手指100，可变刚度手指100还包括两个凸台61，两个凸台61夹设于主体部和端部12之间，第一驱动线3和第二驱动线4分别贯穿两个凸台61，且凸台61与传感部21抵接。
45.可以理解的，每一凸台61对应传感器2的被测点设置，当端部12和主体部受力形变时，凸台61可以将端部12和本体部11横截面的受力集中到被测点的位置，如此，可以将受力信号放大，从而提高传感精度。可以理解的，凸台61呈环台状，驱动线贯穿凸台61，也就是说，传感器2的被测点位于驱动线的附近，以提高传感精度。
46.根据本发明提供的一种可变刚度手指100，可变刚度手指100还包括垫片6，垫片6夹设于本体部11和端部12之间，且垫片6位于传感部21面向端部12或背向端部12的一侧，两个凸台61连接于垫片6，且两个凸台61位于垫片6面向传感部21的一侧。
47.为了便于安装两个凸台61，将两个凸台61连接至垫片6上，两个凸台61与垫片6一体成型，便于两个凸台61固定安装位置，以对应传感器2的被测点设置。可以理解的，将两个凸台61与垫片6进行连接，如此，通过安装垫片6于端部12和本体部11之间，可同步安装两个凸台61对应传感器2的被测点，避免两个凸台61分别进行安装，节省了安装步骤，提高了安装便捷性。可以理解的，凸台61位于垫片6面向传感器2的一侧，以便于凸台61与传感器2的被测点接触，从而将受力集中到被测点。
48.本发明还提供一种仿生设备，包括机械主体和如上的可变刚度手指100，可变刚度手指100设于机械主体。
49.可以理解的，仿生设备可以是机器人、假肢设备、康复设备等，机械主体可以是机械手臂、康复手套等，在此不做限定，只要具有机械手指的设备即可。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。