專利名稱：柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由氣缸驅(qū)動(dòng)繩牽引的、串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架的柔順性被動(dòng)抓持器，抓持器安裝了ニ個(gè)以串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈為骨架的手指，靠串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈的彈性回復(fù)カ被動(dòng)地抓取物體；ニ個(gè)手指由ー個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)放大氣缸的作用力，驅(qū)動(dòng)每根手指上的牽引繩和作用于串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈， 使被動(dòng)抓持器張開(kāi)。該抓持器具有很好的柔性，能無(wú)反饋地抓取形狀、大小變化的物體，屬于機(jī)器人、機(jī)電一體化的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，抓持器的用途越來(lái)越廣泛，抓持要求也越來(lái)越高。就復(fù)雜對(duì)象(a)易變形的軟性物體(面包、軟包裝物品)；(b)易破碎的脆性物體(禽蛋)；(C)形狀不規(guī)則的、尺寸差別大的物體(瓜果蔬菜)；(d)異形的物體(酒瓶、化妝品瓶)。エ業(yè)機(jī)械手為夾鉗式或平行移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，只能抓取形狀大小一致、不會(huì)破損的剛性エ件。機(jī)電的仿人機(jī)械手，需感知復(fù)雜對(duì)象的形狀、位置空間，需精確控制運(yùn)動(dòng)和抓取力，否則會(huì)損壞這些復(fù)雜對(duì)象或不能有效抓取，在抓取形狀、大小變化的異形物體時(shí)，傳統(tǒng)的剛性抓持器需要精確控制指關(guān)節(jié)位移和抓持力，否則會(huì)對(duì)抓持對(duì)象造成損傷。因成本和使用環(huán)境的限制，精確控制抓持器很難在農(nóng)業(yè)、輕エ業(yè)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。因此對(duì)復(fù)雜抓取對(duì)象，具有一定自適應(yīng)的柔順性抓持器越來(lái)越受關(guān)注。傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)是由運(yùn)動(dòng)副連接的剛性桿件組成的，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、力或能量傳遞或轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。柔順機(jī)構(gòu)(Compliant Mechanisms)也能傳遞或轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)、力或能量,但與剛性機(jī)構(gòu)不同，柔順機(jī)構(gòu)不僅由運(yùn)動(dòng)副傳遞運(yùn)動(dòng)，還至少?gòu)钠淙嵝圆考淖冃沃蝎@得一部分運(yùn)動(dòng)。柔順機(jī)構(gòu)的兩大優(yōu)越性降低成本(減少零件數(shù)目、減少裝配、簡(jiǎn)化制造、減輕質(zhì)量)和提高性能(提高精度、増加可靠性、減少磨損、減少維護(hù))。柔順機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)研究才剛剛走完20年的歷程，很多理論及方法還不完善，其最大的挑戰(zhàn)是分析和設(shè)計(jì)方面的困難，尤其是柔性部件大變形造成的幾何非線性問(wèn)題。抓持器的柔順性主要取決于驅(qū)動(dòng)部件和關(guān)節(jié)骨架，板彈簧作為ー種同時(shí)具有カ緩沖性和自由度柔性的零件，能很好的滿足柔順性抓持器的要求。專利CN200410065130. X和專利CN200420025274. 8提出了以ー種軸向膨脹人工肌肉作為驅(qū)動(dòng)器的板彈簧骨架柔性關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)通過(guò)膨脹肌肉伸長(zhǎng)克服板彈簧阻カ實(shí)現(xiàn)彎曲，可作為主動(dòng)抓持器的手指部件，也具有一定的柔性自適應(yīng)性。但是波紋管耐壓有限，驅(qū)動(dòng)カ較小，使得板彈簧剛度不夠大，被動(dòng)抓取的物體重量有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述不足，提出ー種柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器。串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架具有很好的柔性和很好的自適應(yīng)性，串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架替代板彈簧骨架，制造抓持器用來(lái)抓取形狀、大小變化較大的物體；串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架的變形檢測(cè)簡(jiǎn)單，抓持器對(duì)控制精度要求不高；氣缸驅(qū)動(dòng)通過(guò)注射機(jī)上常用的五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)放大后，牽引繩的張緊カ大大增加，與波紋管人工肌肉相比可提供更大的驅(qū)動(dòng)力，提高了抓取作用力，適用范圍更加廣泛；同時(shí)，兩手指的ニ個(gè)牽引繩由ー個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)，不但節(jié)約了成本、還減少了控制對(duì)象，簡(jiǎn)化了控制回路。本發(fā)明的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的如附圖1、2、3、4、5所示，本發(fā)明抓持器有一個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)部件和兩個(gè)串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件組成。串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件通過(guò)手指尾節(jié)15固定在氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)部件的上板2上，串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件的牽引繩20的一端被固定在氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)部件的牽引繩固定座6上。氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)部件雙作用氣缸I的法蘭盤通過(guò)螺栓固定在上板2上，上板2與下板7通過(guò)導(dǎo)柱3連接，上板2與下板7之間的滑動(dòng)板5通過(guò)導(dǎo)套4在導(dǎo)柱3的導(dǎo)向下上下移動(dòng)，導(dǎo)套4靠過(guò)盈配合固定在滑動(dòng)壓板5上，滑動(dòng)板5上左右各裝 ー個(gè)牽引繩固定座6 ;下板7上開(kāi)孔，用于將此抓持器定位和固定在機(jī)械臂上；五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)前支座8分別固定在滑動(dòng)板5上，前支座8與前肘桿10的下端通過(guò)圓柱銷9連接，前肘桿10的上端與后肘桿11的左下端(如附圖4所示)通過(guò)圓柱銷9連接，后肘桿11的上端與連桿13通過(guò)圓柱銷9連接，后肘桿11的右下端與后支座14通過(guò)圓柱銷9連接，左右各ー個(gè)后支座14固定在上板2上；十字頭12的左右兩端分別與兩個(gè)連桿13通過(guò)圓柱銷9連接，雙作用氣缸I的活塞桿的螺紋部分旋在十字頭12對(duì)稱中部的螺紋孔里。串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件通過(guò)手指尾節(jié)15固定在上板2上，手指尾節(jié)15、串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架19、手指頭節(jié)21通過(guò)螺栓連接在一起；串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架19的材料是彈簧鋼，所串聯(lián)的彎曲柔性鉸鏈數(shù)目可以是2-6個(gè)；導(dǎo)輪座16、導(dǎo)輪支架18安裝在手指尾節(jié)15上，另ー個(gè)導(dǎo)輪支架18、導(dǎo)槽座24安裝在手指頭節(jié)21上；小鉸鏈22的小鉸鏈支座23的導(dǎo)向部分在導(dǎo)槽座24的T形導(dǎo)槽中定向，小鉸鏈支座23位置調(diào)整好后用內(nèi)六角螺釘固定在導(dǎo)槽座24上；牽引繩20的一端固定在小鉸鏈22上，經(jīng)過(guò)安裝在兩個(gè)導(dǎo)輪支架18上和安裝導(dǎo)輪座16上的三個(gè)導(dǎo)輪17導(dǎo)向，牽引繩20的另一端被固定在牽引繩固定座6上，牽引繩固定座6安裝在滑動(dòng)板5上。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)氣缸驅(qū)動(dòng)カ經(jīng)過(guò)增カ機(jī)構(gòu)放大，然后通過(guò)牽引繩驅(qū)動(dòng)抓持器，與現(xiàn)有的波紋管人工肌肉相比可提供更大的驅(qū)動(dòng)力，因此可以增加彈性元件串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈的剛度，用于抓取較大負(fù)載，有效解決了串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈剛度太小不能提供大抓取力、剛度大變形困難而難以驅(qū)動(dòng)的矛盾，適用范圍更加廣泛；(2)串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架具有很好的柔性，可用來(lái)抓取形狀、大小變化較大的對(duì)象，因而具有很好的柔性自適應(yīng)，抓持器對(duì)控制精度要求低；(3)兩手指的兩個(gè)牽引繩由ー個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)壓カ直接驅(qū)動(dòng)，無(wú)反饋、無(wú)保壓裝置；機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)方便，成本低廉；(4)調(diào)節(jié)氣缸壓力、控制抓持器的初始開(kāi)度大小，減少了抓取工作時(shí)間。


圖I為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器最小開(kāi)度時(shí)的結(jié)構(gòu)2為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器最小開(kāi)度時(shí)的結(jié)構(gòu)圖的A處局部放大3為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器最小開(kāi)度時(shí)的結(jié)構(gòu)圖的B處局部放大4為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器最小開(kāi)度時(shí)的五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)部件裝配5為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器最小開(kāi)度時(shí)的串聯(lián) 彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件裝配6為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器的串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈零件7為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器的串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈零件圖的C處局部放大8為柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器最大開(kāi)度時(shí)的結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器由雙作用氣缸I、上板2、導(dǎo)柱3、導(dǎo)套4、滑動(dòng)板5、牽引繩固定座6、下板7、前支座8、圓柱銷9、前肘桿10、后肘桿11、十字頭12、連桿13、后支座14、手指尾節(jié)15、導(dǎo)輪座16、導(dǎo)輪17、導(dǎo)輪支架18、串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架19、牽引繩20、手指頭節(jié)21、小鉸鏈22、小鉸鏈支座23、導(dǎo)槽座24構(gòu)成。其中零件1-14構(gòu)成了抓持器的氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增カ機(jī)構(gòu)部件，零件15-24構(gòu)成了抓持器的串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件，下板7上的孔用來(lái)將此抓持器定位和固定在機(jī)械臂上。串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架19的材料是彈簧鋼，彎曲柔性鉸鏈串聯(lián)的數(shù)目可以是2-6個(gè)(附圖中只畫了 2個(gè)彎曲柔性鉸鏈的串聯(lián)作為代表，串聯(lián)的數(shù)目越多，彎曲柔性鉸鏈骨架的柔性越好，抓持器的自適應(yīng)性也越好)。下面為本發(fā)明的工作過(guò)程本發(fā)明抓持器采用被動(dòng)抓取方式。(I)不工作時(shí)，如圖I所示，氣缸活塞桿完全處于縮回狀態(tài)，串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈(如附圖6、7所示)呈自然彎曲狀，抓持器手指的彎曲角度最大，抓持器的開(kāi)度最??；(2)抓持前為初始狀態(tài)，抓持器需要張開(kāi)，雙作用氣缸I腔體內(nèi)充氣，使活塞桿推出，經(jīng)過(guò)增力放大機(jī)構(gòu)推動(dòng)滑動(dòng)板5向下滑動(dòng)，帶動(dòng)牽引繩20張緊，克服串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架19的變形抗力，使串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架19的彎曲變小，手指張開(kāi)，附圖8所示為氣缸活塞桿伸出最長(zhǎng)位置、抓持器的開(kāi)度最大位置；調(diào)節(jié)雙作用氣缸I壓力，可調(diào)節(jié)抓持器開(kāi)度；(3)抓持器夾緊時(shí)，雙作用氣缸I反向通氣，使活塞桿回縮，滑動(dòng)板5向上移動(dòng)，牽引繩20松弛，在串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架19的弾性回復(fù)力作用下，手指被動(dòng)夾緊物體；(4)通過(guò)控制氣缸壓カ改變手指彎曲角度和抓取力，當(dāng)抓持器對(duì)抓取對(duì)象的抓取力符合要求時(shí)，保持氣缸壓カ不變，抓持器保持在抓持狀態(tài)。
從上所見(jiàn)，本發(fā)明抓持器是ー種由牽引繩主動(dòng)驅(qū)動(dòng)松開(kāi)、串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈彈性回復(fù)力作用而被動(dòng)抓持的機(jī)械手，柔順性表現(xiàn)為串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈的彈性變形狀態(tài)與被抓取對(duì)象的形狀和尺寸有關(guān)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器，其特征是此抓持器有一個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增力機(jī)構(gòu)部件和兩個(gè)串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件組成，串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件通過(guò)手指尾節(jié)(15)固定在氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增力機(jī)構(gòu)部件的上板⑵上，串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件的牽引繩(20)的一端被固定在氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增力機(jī)構(gòu)部件的牽引繩固定座(6)上； 其中，氣缸驅(qū)動(dòng)五鉸鏈斜排雙曲肘增力機(jī)構(gòu)部件的組成是 雙作用氣缸I的法蘭盤通過(guò)螺栓固定在上板(2)上，上板(2)與下板(7)通過(guò)導(dǎo)柱(3)連接，上板⑵與下板(7)之間的滑動(dòng)板(5)通過(guò)導(dǎo)套⑷在導(dǎo)柱(3)的導(dǎo)向下上下移動(dòng)，導(dǎo)套(4)靠過(guò)盈配合固定在滑動(dòng)壓板(5)上，滑動(dòng)板(5)上左右各裝一個(gè)牽引繩固定座(6);下板(7)上開(kāi)孔，用于將此抓持器定位和固定在機(jī)械臂上；五鉸鏈斜排雙曲肘增力機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)前支座⑶分別固定在滑動(dòng)板(5)上，前支座⑶與前肘桿(10)的下端通過(guò)圓柱銷(9)連接，前肘桿(10)的上端與后肘桿(11)的左下端通過(guò)圓柱銷(9)連接，后肘桿(11)的上端與連桿(13)通過(guò)圓柱銷(9)連接，后肘桿(11)的右下端與后支座(14)通過(guò)圓柱銷(9)連接，左右各一個(gè)后支座(14)固定在上板(2)上；十字頭(12)的左右兩端分別與兩個(gè)連桿(13)通過(guò)圓柱銷(9)連接，雙作用氣缸(I)的活塞桿的螺紋部分旋在十字頭(12)對(duì)稱中部的螺紋孔里； 其中，串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架手指部件的組成是 手指尾節(jié)(15)、串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架(19)、手指頭節(jié)(21)通過(guò)螺栓連接在一起；串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架(19)的材料是彈簧鋼，所串聯(lián)的彎曲柔性鉸鏈數(shù)目可以是2-6個(gè)；導(dǎo)輪座(16)、導(dǎo)輪支架(18)安裝在手指尾節(jié)(15)上，另一個(gè)導(dǎo)輪支架(18)、導(dǎo)槽座(24)安裝在手指頭節(jié)(21)上；小鉸鏈(22)的小鉸鏈支座(23)的導(dǎo)向部分在導(dǎo)槽座(24)的T形導(dǎo)槽中定向，小鉸鏈支座(23)位置調(diào)整好后用內(nèi)六角螺釘固定在導(dǎo)槽座(24)上；牽引繩(20)的一端固定在小鉸鏈(22)上，經(jīng)過(guò)安裝在兩個(gè)導(dǎo)輪支架(18)上和安裝導(dǎo)輪座(16)上的三個(gè)導(dǎo)輪(17)導(dǎo)向，牽引繩(20)的另一端被固定在牽引繩固定座(6)上，牽引繩固定座(6)安裝在滑動(dòng)板(5)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及柔順性氣動(dòng)繩牽引串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架被動(dòng)抓持器，抓持器安裝了二個(gè)以串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈為骨架的手指，串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架是彈簧鋼材料，靠串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈骨架的彈性回復(fù)力被動(dòng)地抓取物體；二個(gè)手指由一個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)注塑機(jī)上常用的五鉸鏈斜排雙曲肘增力機(jī)構(gòu)放大氣缸的作用力，驅(qū)動(dòng)每根手指上的牽引繩，克服串聯(lián)彎曲柔性鉸鏈變形抗力，使被動(dòng)抓持器張開(kāi)；通過(guò)調(diào)整氣缸壓力可控制抓持器開(kāi)度。此抓持器驅(qū)動(dòng)力大，適用范圍廣泛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制對(duì)象少，維修方便，使用環(huán)境要求低；且具有自由度柔性和作用力緩沖性的特點(diǎn)，柔性自適應(yīng)性好，能無(wú)反饋地抓取形狀、大小變化的物體，屬于機(jī)器人、機(jī)電一體化的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B25J15/08GK102699925SQ20121016983
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者劉光元, 呂兵, 王芳, 白文雪, 章軍 申請(qǐng)人:江南大學(xué)