1.本发明涉及软体机器人的软体手指，具体地说是一种包络形深海软体手指及深海软体抓手。


背景技术：

2.手作为人体的器官，在抓取物体，精细操作方面有着不可代替的重要作用。在机器人发展史上，刚性的机械手层见叠出；但刚性机械手具有刚度大，适应性不好等缺点。传统的软体手包络性差，抓取物体时，物体易逃脱。且现有软体手大多适用于陆地或是较浅水域，目前在深海领域过于依赖刚性机械手，但刚性结构很容易破坏深海中易碎物及生物体结构。
3.海洋是地球上最大、勘探最少的环境，对于深海中生物的多样性、分布特性和时空变异性的研究才刚刚起步。据估计，深海中还有多达一百万种生物未被发现。科学家在研究深海海洋生物时，对生物的收集与互动十分困难；并且在深海古董打捞方面，传统刚性机械手极易破坏抓取物。早在1889年达尔文就注意到了128米以下珊瑚礁的存在。深海中的珊瑚礁以及其他深海生态系统具有独特的生物多样性和遗传性的特点，许多深海生物寿命长，生长缓慢，且十分的脆弱。比如，现在所知道的深海黑珊瑚的年龄4625岁，海绵的年龄为18000岁，所以在成功抓取的同时更要注意不要对抓取物造成损坏。但现存软体手大多没有较好的包络结构，抓取成功率较低，特别是对深海海洋生物的捕捞效率低，生物易逃脱。因此研制和开发出一款能够减少对抓取物破坏，提高抓取成功率的深海软体抓手是必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种包络形深海软体手指及深海软体抓手。本发明的软体手指设计为波纹管型柔性结构体，通过手指内部通道加压，实现手指弯曲变形，配合包络结构板，达到对水下物体的包络形抓取。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.本发明的软体手指由前至后依次分为手指指尖、形变段、手指固定段、密封夹紧片及压力管道，所述形变段的左右两侧均设有多个包络结构板；所述形变段包括小压力囊及大压力囊，所述小压力囊内的内部腔室及大压力囊内的内部腔室均通过压力通道与压力管道相连通，所述压力管道由密封夹紧片及手指固定段穿过，液体通过所述压力管道流入小压力囊及大压力囊的内部腔室中，所述小压力囊及大压力囊在液体压力作用下膨胀形变，所述包络结构板在小压力囊及大压力囊发生形变时包裹住被抓物体。
7.其中：所述小压力囊的内部腔室中及大压力囊的内部腔室中均设有分隔板，所述小压力囊的内部腔室及大压力囊的内部腔室分别通过各自的分隔板分为左腔室、右腔室，所述分隔板的下端面与内部腔室的底面之间留有实现左腔室与右腔室连通的分隔板下通道；所述压力通道分为左压力通道及右压力通道，所述小压力囊与大压力囊的左腔室通过左压力通道与压力管道连通，所述小压力囊与大压力囊的右腔室通过右压力通道与压力管
道连通。
8.所述小压力囊及大压力囊均为多个，由前至后顺序布置，每个所述小压力囊内具有一个内部腔室，每个所述大压力囊内具有多个内部腔室，每个所述大压力囊内的多个内部腔室通过压力通道相连通。
9.所述手指指尖及形变段与被抓物体接触的一面设有仿人指纹防滑凸台。
10.所述包络结构板为弧形，在每个所述包络结构板的外表面均设有包络结构支撑条。
11.所述压力通道在相邻压力囊之间部分的顶部为拱形段，即所述压力通道在相邻压力囊之间部分的纵向截面的顶部为半圆柱。
12.本发明的深海软体抓手包括夹紧件a、夹紧件b、直角宝塔接头、三指手掌及权利要求1至6任一权利要求所述的软体手指，其中三指手掌的一端为连接端，所述三指手掌的另一端沿圆周方向均匀布置有三个所述软体手指；所述三指手掌的另一端沿圆周方向均匀设有三个支撑梁，每个所述支撑梁的下端均设有夹紧板，所述夹紧板的下方连接有夹紧件a，所述软体手指中的密封夹紧片被夹紧于夹紧件a与夹紧板之间，所述软体手指中的压力管道由夹紧板穿过，所述压力管道的端部连接有直角宝塔接头，并通过固接于所述支撑梁上的所述夹紧件b夹紧固定。
13.其中：所述支撑梁上分别开设有容置直角宝塔接头的接头凹槽及容置压力管道的夹紧槽b，所述夹紧件b的端面呈“凸”字形，所述夹紧件b朝向支撑梁的一面开设有与夹紧槽b相对应的夹紧槽a，所述压力管道被夹紧于由夹紧槽a与夹紧槽b围成的空间中；所述夹紧槽a的两侧分别开设有连接孔b，所述夹紧槽b的两侧分别开设有螺栓孔b，所述夹紧件b与支撑梁之间通过插入连接孔b及螺栓孔b中的螺栓固接。
14.所述软体手指中的压力管道与密封夹紧片之间设有锥形加固台，所述夹紧板上开设有与锥形加固台相对应的夹紧凹锥，所述压力管道由夹紧板上的夹紧凹锥穿过，所述锥形架固台插设于夹紧凹锥中，实现所述软体手指的夹紧。
15.所述夹紧件a为中空的方形板，所述夹紧件a朝上的一面设有压紧凹槽，所述软体手指中的密封夹紧片容置于压紧凹槽中，并通过所述夹紧板夹紧；所述夹紧件a朝下的一面设有环形的凸起，所述凸起上开设有固定孔，所述软体手指中的手指固定段由夹紧件a的中空部插入，所述手指固定段上开设有手指固定孔，所述夹紧件a与手指固定段之间通过插入固定孔及手指固定孔中的螺栓固接；所述夹紧件a上对应凸起上固定孔的位置开设有便于拧螺栓的豁口，所述夹紧件a的四角均开设有连接孔a，所述夹紧板上开设有与连接孔a相对应的螺栓孔a，所述夹紧件a与夹紧板之间通过插入连接孔a及螺栓孔a中的螺栓固接。
16.本发明的优点与积极效果为：
17.1.具有自适应性：本发明的软体手指由软体材料制成，在抓取物体时能够较好的贴合物体表面，能够达到自适应物体形状的效果；而且软体手指不会损伤被抓物体，同时对人也很安全。
18.2.高响应速度和抓取力：本发明的软体手指采用双压力通道，通过大、小压力囊配合实现弯曲运动。
19.3.具有简易型：本发明的软体抓手通过软体手指、夹紧件、直角宝塔接头与三指手掌的模块化设计，便于组装，实验，维修与更换。
20.3.本发明的软体抓手通过其包络结构实现了对物体的包络抓取，提高了抓取成功率，通过大、小压力囊的分布设计实现了单压力输入对软体手指不同位置的不同角度控制，软体手指采用柔性材料浇筑成型，具有良好的柔性，具有很好的实用性与安全性。
21.4.本发明在深海抓取，抓取易碎物时具有不可替代的优势。
22.5.本发明通过外部提供的液压源来实现软体手指的姿态变化，可以实现抓取和释放球状、片状、立方体状、锥刺表面等各种复杂外形的实体。
附图说明
23.图1为本发明软体手指的立体结构示意图；
24.图2为本发明软体手指的结构仰视图；
25.图3为本发明软体手指的轴向剖面图；
26.图4为本发明软体手指小压力囊处纵向剖面图；
27.图5为本发明软体手指拱形段处纵向剖面图；
28.图6为本发明软体抓手的立体结构示意图之一；
29.图7为本发明软体抓手的立体结构示意图之二；
30.图8为本发明软体抓手的爆炸图；
31.图9为本发明软体抓手中夹紧件a的立体结构示意图之一；
32.图10为本发明软体抓手中夹紧件a的立体结构示意图之二；
33.图11为本发明软体抓手中夹紧件b的立体结构示意图；
34.图12为本发明软体抓手中三指手掌的立体结构示意图；
35.图13为本发明软体抓手中三指手掌的结构仰视图；
36.其中：1为手指指尖，2为包络结构板，3为小压力囊，4为仿人指纹防滑凸台，5为大压力囊，6为包络结构支撑条，7为夹紧件a，8为夹紧件b，9为直角宝塔接头，10为三指手掌，11为三指手掌法兰盘，12为压力管道，13为密封夹紧片，14为手指固定段，15为压力囊侧壁，16为锥形加固台，17为压力囊前壁，18为压力囊上壁，19为手指固定孔，20为右压力通道，21为内部腔室，22为分隔板下通道，23为分隔板，24为左压力通道，25为压力囊内后壁，26为拱形段，27为连接孔a，28为固定孔，29为压紧凹槽，30为夹紧槽a，31为夹紧槽b，32为支撑梁，33为夹紧板，34为夹紧凹锥，35为凸起，36为豁口，37为接头凹槽，38为螺栓孔a，39为连接孔b，40为螺栓孔b。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明作进一步详述。
38.如图1～5所示，本发明的软体手指由前至后依次分为手指指尖1、形变段、手指固定段14、密封夹紧片13及压力管道12，形变段的左右两侧均设有多个包络结构板2，压力管道12与密封夹紧片13之间设有锥形加固台16，手指固定段14上开设有手指固定孔19；形变段包括小压力囊3及大压力囊5，小压力囊3内的内部腔室21及大压力囊5内的内部腔室21均通过压力通道与压力管道12相连通，压力管道12由密封夹紧片13及手指固定段14穿过，液体通过压力管道12流入小压力囊3及大压力囊5的内部腔室21中，小压力囊3及大压力囊5在液体压力作用下膨胀形变，包络结构板2在小压力囊3及大压力囊5发生形变时包裹住被抓
物体。
39.本实施例的软体手指为液态硅胶，其材料选用德国瓦克公司的原料加工，故为软体特质，安全性好，不会损伤被抓物体，同时对人也很安全；采用成熟的模具注塑成型工艺，无需大型工艺加工设备，降低了软体手指的生产成本。
40.小压力囊3及大压力囊5均为多个，由前至后顺序布置，每个小压力囊3内具有一个内部腔室21，每个大压力囊5内具有多个内部腔室21，每个大压力囊5内的多个内部腔室21通过压力通道相连通。
41.本实施例的小压力囊3为四个，大压力囊5为两个，大压力囊5位于小压力囊3的后侧，每个大压力囊5内均具有三个内部腔室21。大压力囊5在加压时的弯曲角度小于小压力囊3加压时的弯曲角度，两个大压力囊5配合四个小压力囊3能够让软体手指实现单输入状态下手指不同位置具有不同角度弯曲形态。
42.本实施例小压力囊3的内部腔室21中及大压力囊5的每个内部腔室21中均设有分隔板23，小压力囊3的内部腔室21及大压力囊5的每个内部腔室21分别通过各自的分隔板23分为左腔室、右腔室，分隔板23的下端面与内部腔室21的底面之间留有实现左腔室与右腔室连通的分隔板下通道22。本实施例的压力通道分为左压力通道24及右压力通道20，小压力囊3与大压力囊5的左腔室通过左压力通道24与压力管道12连通，小压力囊3与大压力囊5的右腔室通过右压力通道20与压力管道12连通。压力通道由压力囊内后壁25穿入，与压力囊内的内部腔室21连通。受软体手指的宽度影响，压力囊上壁18会产生气球效应，分隔板23将压力囊的内部腔室21分为左右两个，仅通过分隔板下通道22连通，能够有效地减小压力囊上壁18的气球效应，还能够保证左压力通道24与右压力通道20的连通。当软体手指工作时，液体通过压力管道12进入到左压力通道24及右压力通道20内，进而进入到小压力囊3及大压力囊5中，随着注入液体的压力增加，小压力囊3及大压力囊5的压力囊前臂17、压力囊后壁膨胀，由于软体手指上部的膨胀率大于下部，任意一个压力囊的压力囊前壁17与相邻压力囊的压力囊后壁挤压，使压力囊侧壁15弯曲，软体手指产生弯曲形变。
43.本实施例左压力通道24及右压力通道20在相邻压力囊之间部分的顶部为拱形段26，即压力通道在相邻压力囊之间部分的纵向截面的顶部为半圆柱，拱形段26的设计可以防止左压力通道24及右压力通道20的气球效应。
44.本实施例的包络结构板2为弧形，能够在软体手指弯曲时包裹住被抓物体；在每个包络结构板2的外表面均设有包络结构支撑条6，包络结构支撑条6能够防止被抓物体因包络结构板2过软滑脱，增加了包络结构稳定性与实用性。
45.本实施例的手指指尖1及形变段与被抓物体接触的一面设有仿人指纹防滑凸台4。
46.如图1～13所示，本发明的软体抓手包括夹紧件a7、夹紧件b8、直角宝塔接头9、三指手掌10及软体手指，其中三指手掌10的一端设有三指手掌法兰盘11，三指手掌法兰盘11作为连接端，可用于连接机械臂等结构；三指手掌10的另一端沿圆周方向均匀布置有三个软体手指。三指手掌10的另一端沿圆周方向均匀设有三个支撑梁32，每个支撑梁32的上端与三指手掌法兰盘11固接，每个支撑梁32的下端均设有夹紧板33，夹紧板33的下方连接有夹紧件a7，软体手指中的密封夹紧片13被夹紧于夹紧件a7与夹紧板33之间，软体手指中的压力管道12由夹紧板33穿过，压力管道12的端部插接有直角宝塔接头9，并通过固接于支撑梁32上的夹紧件b8夹紧固定。
47.本实施例的支撑梁32上分别开设有容置直角宝塔接头9的接头凹槽37及容置压力管道12的夹紧槽b31，接头凹槽37位于夹紧槽b31的上方。夹紧件b8用于固定软体手指中的压力管道12与直角宝塔接头9，并实现软体手指的密封问题；本实施例的夹紧件b8的端面呈“凸”字形，夹紧件b8朝向支撑梁32的一面开设有与夹紧槽b31相对应的夹紧槽a30。本实施例的夹紧槽a30及夹紧槽b31的端面均为半圆形，压力管道12被夹紧于由夹紧槽a30与夹紧槽b31围成的圆形空间中；夹紧槽a30的两侧分别开设有连接孔b39，夹紧槽b31的两侧分别开设有螺栓孔b40，夹紧件b8与支撑梁32之间通过插入连接孔b39及螺栓孔b40中的螺栓固接。
48.本实施例的夹紧板33上开设有与锥形加固台16相对应的夹紧凹锥34，夹紧凹锥34为夹紧板33的中间开设中心孔，中心孔内壁下方为圆锥面。压力管道12由夹紧板33上的夹紧凹锥34穿过，锥形架固台16插设于夹紧凹锥34中，实现软体手指的夹紧。
49.本实施例的夹紧件a7为中空的方形板，夹紧件a7朝上的一面设有压紧凹槽29，软体手指中的密封夹紧片13容置于压紧凹槽29中，并通过夹紧板33夹紧；夹紧件a7朝下的一面在中空部的外围沿轴向向下延伸、形成设有环形的凸起35，凸起35上开设有固定孔28，软体手指中的手指固定段14由夹紧件a7的中空部插入，夹紧件a7与手指固定段14之间通过插入固定孔28及手指固定孔19中的螺栓固接，夹紧件a7上对应凸起35上固定孔28的位置开设有便于拧螺栓的豁口36。夹紧件a7的四角均开设有连接孔a27，夹紧板33的四角开设有与连接孔a27相对应的螺栓孔a38，夹紧件a7与夹紧板33之间通过插入连接孔a27及螺栓孔a38中的螺栓固接。夹紧件a7通过螺栓将软体手指与三指手掌10夹紧，夹紧件b8通过螺栓将压力管道12与三指手掌10和直角宝塔接头9固定，从而实现软体手指与三指手掌10的位置固定与密封。使用时，先用螺栓穿过固定孔28与手指固定孔19连接，再用螺栓将夹紧件a7与三指手掌10连接。
50.压力管道12连接液压源，通过外部液压源加压能够实现三根软体手指的弯曲姿态，通过调节压力大小能够实现软体手指的夹紧与放松，并且通过施加不同的压力能够实现不同角度的弯曲。本发明能够在水下万米级深度进行弯曲和放松，能够实现水下万米级深度的物品抓取和放置，通过其包络结构，可以有效地将被抓取物包裹，大大提高了抓取成功率。本发明的软体抓手能承受110mpa水下，相当于水下万米级压力。