[0003] 本发明的目的在于提供一种可调刚度的软体机械手及其驱动方法。
[0004] 本发明一种可调刚度的软体机械手包括手爪模块和软体机械臂模块；所述的软体机械臂模块包括第一支架、变刚度驱动模块、第一连杆、第二连杆和第二支架；三个变刚度驱动模块分别固定在第一支架的三个不同位置；三根第一连杆的一端与三个变刚度驱动模块的主轴分别固连。三根第一连杆的另一端与三根第二连杆的一端分别铰接。三根第二连杆的另一端与第一支架的三个不同位置分别铰接。手爪模块安装在第二支架上。
[0005] 所述的变刚度驱动模块包括驱动外壳、第一拉索、第二拉索、第一调节筒、第二调节筒和主轴。所述第一调节筒、第二调节筒和主轴均转动连接在驱动外壳上。第一调节筒、第二调节筒由两个电机分别驱动旋转。第一拉索的两端分别缠绕并固定在第一调节筒和主轴上。第二拉索的两端分别缠绕并固定在第二调节筒和主轴上。相互对应的第一拉索与第二拉索在主轴上的绕向相反。第一拉索、第二拉索的中部均通过连接到驱动外壳上的弹簧保持弯折状态。
[0006] 作为优选，所述第一拉索和第二拉索的数量均为两根。两根第一拉索分别位于第一调节筒、主轴之间部分的两侧。两根第二拉索分别位于第二调节筒、主轴之间部分的两侧。
[0007] 作为优选，所述的弹簧为拉伸弹簧。第一拉索的中部通过拉伸弹簧与固定在驱动外壳上的固定销相连；第二拉索的两端分别固定在第二调节筒和主轴上。第二拉索的中部通过拉伸弹簧与固定在驱动外壳右上角的固定销相连。所述拉伸弹簧连接第一拉索或第二拉索的端部转动连接有滑轮，拉索抵住滑轮的圆周面。
[0008] 作为优选，各拉伸弹簧上均套置有弹簧护套。所述弹簧护套的一端与固定销铰接，弹簧护套的中部有通孔，拉伸弹簧从通孔中穿过，弹簧护套的下部开设U型槽，拉索从U型槽内通过。
[0009] 作为优选，所述的手爪模块包括第二伺服电机、手爪基座和单手指模块；手爪基座安装在第二支架上。沿着手爪基座周向依次排列的多根单手指模块的内端均安装在手爪基座的外侧边缘处。所述的手爪基座上支承有辊轴。辊轴由第二伺服电机驱动；辊轴与单手指模块的外端通过拉线连接，使用拉线带动单手指模块进行弯曲运动。
[0010] 作为优选，所述的单手指模块有偶数个，且两两一组正对设置。同一组的两个单手指模块由同一根拉线驱动。拉线的内端固定在辊轴上，外端分为两股分别连接到同一组的两个单手指模块的外端。
[0011] 作为优选，单手指模块的数量为四个；各单手指模块由同一根拉线驱动弯曲。拉线的一端固定辊轴上，另一端经过手爪基座的中心位置，并依次绕过第一、三、二四个单手指模块后，再次经过手爪基座的中心位置后固定到辊轴上。第一、三个单手指模块不相邻。
[0012] 作为优选，所述的手爪模块还包括第一伺服电机。第一伺服电机固定在第二支架的底部。第一伺服电机的输出轴与手爪基座的内侧面固连；所述的单手指模块的外侧包裹着充气指套；所述充气指套具有中空充气夹层。
[0013] 作为优选，所述的单手指模块包括手指支座、弹性绳和由内至外依次连接的多个指关节；所述手指支座的内端与手爪基座连接，手指支座的外端与位于最内端的指关节固连。任意两个相邻的指关节之间均连接有位于单手指模块外侧的弹性绳。
[0014] 作为优选，任意两个相邻的指关节之间均设置有齿轮机构。齿轮机构内的齿轮成对啮合，且与对应的指关节固定。
[0015] 作为优选，任意两个相邻的指关节之间均转动连接。
[0016] 作为优选，所述的手爪基座的外侧面上开设有与单手指模块对应数量的手指支座滑槽和拉线滑槽。手指支座的端部设置卡勾，卡勾卡住对应的手指支座滑槽，手指支座与手指支座滑槽滑动连接，拉线在拉线滑槽内滑动。
[0017] 作为优选，三个变刚度驱动模块呈正三角形排布。
[0018] 该可调刚度的软体机械手的驱动方法具体如下：
[0019] 步骤一、各变刚度驱动模块内的第一调节筒和第二调节筒在电机驱动下反向转动，使得主轴保持静止且抵抗冲击的刚度调节到所需要的程度。
[0020] 步骤二、各变刚度驱动模块内的第一调节筒和第二调节筒在电机驱动下同向转动，使得手爪模块运动到被抓取物品的上方。手爪模块合拢，抓住物品；各变刚度驱动模块驱动手爪模块运动到放置点，手爪模块打开，释放物品，物品就被抓取到放置点。
[0021] 本发明具有的有益效果是：
[0022] 1、本发明的由于单手指模块外侧包裹着充气指套，充气指套具有中空的充气夹层，当抓取易碎物品时，能获得更大的接触面积，减小局部压强，使物品被抓取面上受力更加均匀，也减小了易碎物品被抓取时所受的冲击力，在移动易碎物品的过程中，也减小了易碎物品所受的震动，使易碎物品在被抓取和移动的过程中，更不易遭受压力不均，外部冲击，震动而损坏；充气指套的材料为橡胶，可以增大单手指模块与被抓取物品之间的摩擦力，使物品能更牢固的被单手指模块抓住。
[0023] 2、本发明的手爪基座的侧面开设手指支座滑槽和拉线滑槽，手指支座的端部设置卡勾，卡勾卡住手手指支座滑槽，手指支座与手指支座滑槽滑动连接，拉线在拉线滑槽内滑动，在需要抓取棒状易碎物品时，一对对角线位置上的两个单手指模块通过拉钩沿手指支座滑槽滑动到另一极限位置，此时，手爪模块形成“V”型结构，使在抓取棒状易碎物品时，抓取更牢固，还能抓取更大直径的棒状物品；手指支座的端部设置卡勾，卡勾卡住手手指支座滑槽，从而使手指支座与电机支座连接更牢固，使单手指模块在抓取物品时，更稳定。
[0024] 3、本发明的第一指关节、第二指关节、第三指关节、第四指关节之间通过脱臼，可以使机械手模块抓住更大的物体。
[0025] 4、本发明单根拉线分别穿过四个第四指关节，且拉住第四指关节，单根拉线的两端均与辊轴连接，当需要抓取形状不规则的易碎物品时，控制器控制第一伺服电机正转，第一伺服电机的主轴带动辊轴转动，辊轴拉动单根拉线，单根拉线同时拉动四个单手指模块，四个机械手指模块自适应地与被抓物品表面充分接触，具有自适应性，所以在抓取形状不规则的易碎物品时，抓取能更加牢固。
[0026] 5、本发明的变刚度驱动模块可以将第一连杆的刚度调整为高刚度或低刚度，如果对第一连杆的精度有更高要求，则可以通过第一电机逆时针转动，第二电机顺时针转动，从而提高第一拉索和第二拉索的锁紧力，进而增加第一连杆的刚度，实现对软体机械臂模块有更高精度的控制；如果需要确保撞击时的安全性，第一电机顺时针转动，第二电机逆时针转动，从而减小第一拉索和第二拉索的锁紧力，进而减小第一连杆的刚度，减小软体机械臂模块的刚度，从而保证在撞击时，输出轴有更大角度的缓冲，软体机械臂模块有更小的刚度，是软体机械臂模块在撞击时有更大的缓冲，从而确保撞击时更安全；弹簧保护套可以约束拉伸弹簧、第一拉索、第二拉索、滑轮的运动，保证拉伸弹簧、第一拉索、第二拉索、滑轮在工作区域内，使手爪模块工作更稳定；滑轮使拉伸弹簧与第一拉索和第二拉索之间由滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减小摩擦力，减小拉伸弹簧窜动，使变刚度驱动模块运行更稳定；第一拉索和第二拉索的数量各为两个，且沿穿过第一电机主轴与第二电机主轴形成的平面对称，当第一电机和第二电机在不通电的自由状态下，由于对称分布的两个第一拉索和对称分布的两个第二拉索作用下，输出轴旋转到平衡状态，使第一拉索和第二拉索的锁紧力也复位到初始值，从而使软体机械臂模块的刚度复位十分便捷，第一电机和第二电机断电即软体机械臂模块刚度复位；两个第一拉索对称分布和两个第二拉索对称分布，能平衡第一拉索对第一电机的部分扭矩，平衡第二拉索对第二电机的部分扭矩，从而使第一电机和第二电机所受的扭矩更加均匀，从而延长第一电机和第二电机的寿命。
