1.本实用新型涉及软体机器人技术领域，具体涉及一种可手内操作的软体机械手。


背景技术：

2.随着科学技术的蓬勃发展，机器人技术广泛应用于军事、工业、科学探测等诸多领域。传统机器人一般由刚性模块通过运动副连接构成，具有运动精确的优点，但结构的刚性使其环境适应性较差，通常需要精确的运动规划和控制。软体机器人本体通常采用柔性材料制造而成，拥有多自由度和能够连续变形的特点，比较于传统刚性机器人具有更高的顺从性，并且在人机交互方面也有着很大的优势。软体机械手作为软体机器人的一种典型代表，不仅具有软体机器人多自由度，高顺从性和人机交互能力强的特点，还具有实现弯曲、伸长、收缩、膨胀等变形的能力，近些年已经逐渐成为软体机器人领域关注的热点。
3.软体机械手的驱动方式主要有气动驱动、拉线驱动、sma/smp驱动、eap驱动四种。其中，气动驱动有着质量轻、易于制造安装维护、不污染环境、成本低等优点。由于是气动驱动，所以软体手内部大多是封闭的腔体结构，通常采用纤维约束或者气动网络两种不同的思路来实现气动软体手爪的多种变形。
4.但是目前开发的各类型气动软体机械手基本都只有简单的抓取功能，功能少，无法实现常规的沿x轴、y轴两个方向上的平移和z轴上的转动的手内操作。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种可手内操作的软体机械手，本可手内操作的软体机械手不仅具有抓取功能，还可以实现已抓取物体沿x轴、y轴两个方向上的平移和z轴上的转动，可使软体机械手在柔性抓取物体的基础上进行手内操作，提高了软体机械手的灵活性，实现了更大的操作空间。
6.为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：
7.一种可手内操作的软体机械手，包括固定装置和多个执行机构；
8.多个所述执行机构连接在固定装置上；
9.所述执行机构包括气动接头和执行单元；所述执行单元包括限制层和驱动层，两个所述驱动层间隔并对称的连接在限制层上；所述驱动层由多个驱动单元竖向间隔排列形成；所述限制层内设置有纵向设置的左腔体和右腔体，每个所述驱动单元内均设置有驱动腔体，所述左腔体与一个所述驱动层内的每个驱动单元的驱动腔体连通后，形成左气动通道，所述右腔体与另一个所述驱动层内的每个驱动单元的驱动腔体连通后，形成右气动通道，所述限制层的顶部开设有与左气动通道连通的左腔体通气孔和与右气动通道连通的右腔体通气孔；所述左腔体通气孔和右腔体通气孔分别密封连接有气动接头；
10.所述执行单元采用可弯曲变形材质。
11.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述执行单元采用硅胶合成材料。
12.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述左气动通道和右气动通道关于执行
单元中心轴线对称。
13.作为本实用新型进一步改进的技术方案，在一个驱动层中，位于顶部和底部的驱动单元的厚度大于其余驱动单元的厚度，且其余驱动单元的厚度相同。
14.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述气动接头的直径大于左腔体通气孔和右腔体通气孔的内径，所述气动接头与左腔体通气孔和右腔体通气孔均采取过盈配合连接。
15.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述固定装置包括中心连接结构、支架滑轨和滑块，所述支架滑轨包括十字形支架和安装在十字形支架上的四个滑轨，所述十字形支架的顶部固定连接有中心连接结构，每个所述滑轨上均滑动连接有滑块，每个所述滑块上均连接有执行机构。
16.作为本实用新型进一步改进的技术方案，四个所述执行机构沿着圆周方向均匀分布在固定装置上，所述限制层朝向该圆周方向的圆心连接在滑块上。
17.本实用新型的有益效果为：
18.本实用新型由于设置有两个独立的网格式气动通道，通过不同的气压驱动，可以实现单个执行单元的内外弯曲和左右弯曲；从而实现已抓取物体沿x轴、y轴两个方向上的平移和z轴上的转动；将这三个运动作为软体机械手的基本运动单元进行组合，可使软体机械手在柔性抓取物体的基础上进行手内操作，提高了软体机械手的灵活性，实现了更大的操作空间。增强了在抓取脆弱易碎的、不规则物体的稳定性和适应性。
附图说明
19.图1是执行单元结构示意图。
20.图2是图1的主视图。
21.图3是图1的左视图。
22.图4是图1的俯视图。
23.图5是气动接头结构示意图。
24.图6是气动接头与执行单元装配结构示意图。
25.图7是执行单元向内弯曲示意图。
26.图8是执行单元向外弯曲示意图。
27.图9是执行单元向右弯曲示意图。
28.图10是一种可手内操作的软体机械手结构示意图。
29.图11是一种抓取控制示意图。
30.图12是图11的仰视图。
31.图13是一种张开控制示意图。
32.图14是一种手内操作示意图。
33.图15是一种逆时针转动控制示意图。
34.图16是一种向左平移控制示意图。
35.图17是一种向上平移控制示意图。
具体实施方式
36.为了令本实用新型的目的、特征、优点更加明显易懂，下面结合附图中涉及的具体实施方式对本实用新型的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅为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，本领域技术人员在未进行创造性劳动前提下获得的所有其它实施例，如只改变用途而不改变权利要求涉及基本原理的实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.本文使用的例如“左”、“左侧”、“右”、“右侧”、“上”、“下”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“左侧”的单元将位于其他单元或特征“右侧”。因此，示例性术语“左侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
38.在本文的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
39.下面结合附图对本专利做进一步说明。
40.参见图1-4，所述的执行单元10为硅胶合成材料制成的中空双管状结构，包括限制层1和驱动层2。两个驱动层2间隔并对称的连接在限制层1上。驱动层2由多个驱动单元7竖向间隔排列形成。限制层1内设置有纵向设置的左腔体9和右腔体，每个所述驱动单元7内均设置有驱动腔体8。所述左腔体9与一个驱动层2内的每个驱动单元7的驱动腔体8连通后，形成左气动通道5。所述右腔体与另一个驱动层2内的每个驱动单元7的驱动腔体8连通后，形成右气动通道6。所述限制层1的顶部开设有与左气动通道5连通的左腔体通气孔3和与右气动通道6连通的右腔体通气孔4。所述左腔体通气孔3和右腔体通气孔4分别密封连接有气动接头11（如图6所示）。
41.所述左气动通道5和右气动通道6均由一条通道（即左腔体9或者右腔体）纵向贯穿多个气囊（即驱动腔体8）组成，并关于执行单元10中心轴线对称，分别通过左腔体通气孔3和右腔体通气孔4与外界相连。
42.所述驱动层2和限制层1可通过硅胶粘连剂相连或在制造过程中一体成型。
43.在一个驱动层2中，位于顶部和底部的驱动单元7的厚度大于其余驱动单元7的厚度，且其余驱动单元7的厚度相同。
44.参见图5-6，所述气动接头11的直径大于左腔体通气孔3和右腔体通气孔4的直径，气动接头11与左腔体通气孔3和右气动通道6之间采取过盈配合连接方式，即气动接头11插入左腔体通气孔3和右气动通道6，因硅胶合成材料具有良好的延展性，固采用过盈配合可更好的保证执行单元10在气动驱动时的气密性。
45.参见图7，当左气动通道5和右气动通道6同时通入相同正向气压时，驱动层2内每个驱动单元7的驱动腔体8都受到相同的压强作用，引起气囊（即驱动腔体8）变形膨胀，而左
气动通道5和右气动通道6是由一条通道（即左腔体9或者右腔体）纵向贯穿多个气囊（即驱动腔体8）组成，因此气囊充气会使相邻的气囊侧壁发生膨胀挤压，纵向距离也同时增大，但由于限制层1在气体压强的作用下只会发生很小的拉伸形变，即在气体压力作用下，驱动层2的伸长量远大于限制层1的伸长量，从而导致整个执行单元10在这种情况下发生向内的弯曲变形。
46.参见图8，当左气动通道5和右气动通道6同时受到相同负压时，驱动层2的内壁受到相同的负压，引起气囊向内收缩，由于驱动层2侧面壁厚薄于顶部和底部壁厚，所以侧壁收缩尤为明显，驱动层2会发生明显的收缩挤压变形，纵向距离也同时减小，由于限制层1的存在，执行单元10在这种情况下发生向外的弯曲变形。
47.参见图9，当左气动通道5受正压，右气动通道6受负压时，左气动通道5发生膨胀变形，右气动通道6发生收缩变形，执行单元10会发生向右的弯曲变形，同理可发生向左的弯曲变形。所述执行单元10可以通过调节左气动通道5、右气动通道6的压强来改变整个执行单元10的弯曲程度。
48.参见图10，本实施例还公开了一种可手内操作的软体机械手，该软体机械手包括多个执行单元10、与多个执行单元10连接的气动接头11和用于固定执行单元10的固定装置500，所述固定装置500包括中心连接结构、支架滑轨和滑块，所述支架滑轨包括十字形支架和安装在十字形支架上的四个滑轨，十字形支架的顶部固定连接有中心连接结构，每个滑轨上均滑动连接有滑块，每个滑块上均连接有执行机构。四个执行单元10呈圆周均匀分布，限制层1朝向圆心，驱动层2朝外，安装在滑块上。通过滑块可改变执行单元10之间的间距，使得此软体机械手可以适用于多个场景，抓取不同形状尺寸的物品，提升了此机械手的适用性。所述中心连接结构可通过法兰与机械臂连接。
49.参见图11-13，当8个气动接头11同时通入正向气压时，每个执行单元10发生如图11和图12所示的向内弯曲变形，软体机械手实现抓取控制。当8个气动接头11同时通入负向气压时，每个执行单元10发生如图13所示的向外弯曲变形，软体机械手实现张开控制。由于软体机械手材料本身的柔韧性和延展性，所以其弯曲程度由所抓取物体的形状和大小控制，表现为对外界的高顺从性和交互时的高安全性，对抓取脆弱易碎或不规则物体具有较高的稳定性。
50.参图14-15并结合图10，为方便描述，将图10中的所有气动接头11分别记为第一气动接头101、第二气动接头102、第三气动接头103、第四气动接头104、第五气动接头105、第六气动接头106、第七气动接头107、第八气动接头108，所有执行单元10分别记为第一执行单元100、第二执行单元200、第三执行单元300、第四执行单元400。当软体机械手已实现如图11的物体抓取控制后，增加各执行单元10的右气动通道6的气体压强，即第二气动接头102、第四气动接头104、第六气动接头106、第八气动接头108通入更大正向气压时，各执行单元10会在已向内弯曲变形的基础上继续发生向左的弯曲变形，从而实现已抓取物体沿z轴逆时针转动的手内操作，同理，增加各执行单元10的左气动通道5的气体压强，可实现已抓取物体沿z轴顺时针转动的手内操作。
51.参图16-17并结合图10，当软体机械手已实现如图11的物体抓取控制后，使第二气动接头102、第三气动接头103、第四气动接头104、第五气动接头105通入更大的气体压强，并减弱第七气动接头107、第八气动接头108通入的气体压强，即使第一执行单元100在已向
内弯曲变形的基础上继续发生向左的弯曲变形，第三执行单元300继续发生向左的弯曲变形，第二执行单元200向内弯曲程度增大，第四执行单元400向内弯曲程度减小，从而实现已抓取物体沿x轴平移的手内操作，同理，如图17，可实现已抓取物体沿y轴平移的手内操作，通过调节气体压强，可改变已抓取物体平移量的大小，同时可利用固定装置500上的滑轨和滑块实现更大距离的平移。
52.本实施例可以在滑轨上设计锁紧结构，即当滑块移动到滑轨的合适位置后，可通过锁紧结构将滑块固定连接在滑轨上，锁紧装置可采用螺栓。
53.本实施例公开了一种可手内操作的软体机械手，由四个执行单元10和固定装置500构成，通过气压驱动，可实现抓取、张开控制，通过调节气压大小，可实现已抓取的手内操作，本实施例描述了已抓取物体沿x轴、y轴两个方向上的平移和z轴上的转动，将这三个运动作为软体机械手的基本运动单元进行组合，即可使软体机械手实现更为复杂的手内操作，具有了更大的操作空间，同时保证了与外界对象交互时具有极高的安全性。
54.本说明书未详细描述的部件组合特征属于公知技术轻易想到或者实施本实用新型时容易确定且无异议的内容。上述方案，仅为本技术较佳的几个实施方式的描述，但本技术的保护范围不仅限于此，任何熟悉该技术的人能在本技术描述的范围内轻易实现，而不改变权利要求涉及基本原理的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内，即本技术保护范围应以权利要求保护范围为准。