一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，屬于機(jī)器人、機(jī)電一體化的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品中禽蛋、瓜果等抓取對(duì)象，其顯著特征是材料性質(zhì)、形狀尺寸的差別較大。傳統(tǒng)工業(yè)末端抓持器為夾鉗式或平行移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，只能抓取形狀大小相同、位置狀態(tài)一致、不會(huì)破損的剛性工件。仿人靈巧手需要感知復(fù)雜對(duì)象的空間位置和形狀，需要精確控制運(yùn)動(dòng)和抓取力，否則會(huì)損壞復(fù)雜對(duì)象或不能可靠抓取，但仿人靈巧手尚處在實(shí)驗(yàn)室研宄階段，且成本高、對(duì)使用環(huán)境要求高。目前，此類物品的抓取主要靠形狀適應(yīng)的、易變形的吸盤吸取，但是真空耗能較大、成本較高。
[0003]現(xiàn)有柔性末端抓持器是以結(jié)構(gòu)件的彈性變形為基礎(chǔ)，滿足抓取對(duì)象形狀尺寸的適應(yīng)性要求，其中 Festo 公司的 MultiChoiceGripper (http:// www.fest0.com/cms/zh_corp/13706, htm)有兩種結(jié)構(gòu)，左圖的一種是橡膠帶的裹包抓取末端抓持器，采用了弓形的金屬剛性骨架，靠橡膠帶彈性變形裹包抓??；右圖的另一種是手指部分為全橡膠材料的三角爪，采用了橡膠的柔性骨架(桁架結(jié)構(gòu))，靠橡膠柔性骨架的彈性變形裹包抓取。工作原理:氣缸推動(dòng)手指轉(zhuǎn)動(dòng)，手指與物體接觸狀態(tài)是靠橡膠帶或靠全橡膠手指的彈性變形，實(shí)現(xiàn)裹包抓取，不能指尖捏取方式抓取，而捏取方式抓取對(duì)被抓物體的空間位置狀態(tài)和分布緊密程度的要求最低。
[0004]前述的末端抓持器均靠橡膠的彈性變形實(shí)現(xiàn)，但由于橡膠變形不是完全彈性的、且橡膠易老化，使得橡膠的彈性模量具有非線性變化的特點(diǎn)，接觸力難以精確計(jì)算，從而控制就不得不采用復(fù)雜的模型和控制算法。尤其是全橡膠材料的三角爪的抓持接觸力小，安全性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上述不足，提供了一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，手指部分沒有采用任何橡膠材料，采用一個(gè)可調(diào)扭矩的扭彈簧張緊的織帶與被抓物品接觸，接觸力使織帶克服扭彈簧的扭矩而被抽出、很好地裹包抓取物體；并采用一個(gè)變截面寬度異形板彈簧作為骨架，變截面寬度異形板彈簧變形既可提高織帶的裹包抓取適應(yīng)性，又可形成新的抓取方式——靠板彈簧指尖的曲面部分接觸被抓物體的捏取方式。
[0006]本發(fā)明的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明末端抓持器由一個(gè)手掌和三個(gè)柔性手指組成，末端抓持器靠導(dǎo)向氣缸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生抓持力。每個(gè)柔性手指結(jié)構(gòu)相同，主要由一個(gè)導(dǎo)向氣缸、一個(gè)扭彈簧張緊的織帶和一個(gè)變截面寬度異形板彈簧骨架組成。
[0007]如附圖1-3所示，末端抓持器的三個(gè)相同的柔性手指均布地安裝在手掌盤I的導(dǎo)向槽中，靠手掌盤I上的中孔定位中心距。柔性手指由指根板2、導(dǎo)向氣缸3、尼龍滾筒4、織帶5、扭彈簧6、滾筒軸7、壓條8、等寬壓板9、異形板彈簧10、夾板11、鉸鏈座12、推桿13、鉸鏈頭14、大帶座軸承15、直角彎板16、小帶座軸承17、墊塊18組成。本發(fā)明末端抓持器的具體特征是:指根板2在手掌盤I的導(dǎo)向槽中導(dǎo)向，螺釘穿過指根板2上的腰形槽，將指根板2固定在手掌盤I上，指根板2上的腰形槽可以調(diào)節(jié)柔性手指的中心距；導(dǎo)向氣缸3的尾部法蘭被螺釘固定在指根板2，織帶5卷繞在尼龍滾筒4上，織帶5的一端靠壓條8固定在尼龍滾筒4的缺口平面上，夾板11將織帶5的另一端和異形板彈簧10的平面段共同夾緊固定在鉸鏈座12上，異形板彈簧10的上端靠等寬壓板9固定在指根板2，異形板彈簧10固定處的橫向?qū)挾扰c等寬壓板9的縱向長(zhǎng)度相等；尼龍滾筒4被沉頭螺釘軸向固定在滾筒軸7的法蘭臺(tái)階面上，滾筒軸7兩端分別有大帶座軸承15和小帶座軸承17支撐，大帶座軸承15和小帶座軸承17均固定在指根板2 ;尼龍滾筒4和滾筒軸7中間有扭彈簧6，尼龍滾筒4端面有徑向槽，將扭彈簧6 —端的徑向彈簧絲伸出段夾固在滾筒軸7上，扭彈簧6另一端的軸向彈簧絲伸出段穿過直角彎板16的小孔，直角彎板16安裝孔在小帶座軸承17安裝孔螺釘頭一側(cè)，與小帶座軸承17 —起被固定在指根板2，小帶座軸承17下有墊塊18，以保證與大帶座軸承15回轉(zhuǎn)中心等高；鉸鏈頭14螺紋連接在導(dǎo)向氣缸3活塞桿頭部，并用螺母緊固；推桿13的兩端均為鉸鏈，分別與鉸鏈座12和導(dǎo)向氣缸3活塞桿上的鉸鏈頭14形成鉸鏈聯(lián)結(jié)。
[0008]如附圖4、5所示，手掌盤I上有三個(gè)徑向的導(dǎo)向槽，按照120°均布，三個(gè)導(dǎo)向槽上有三個(gè)螺紋孔，三個(gè)螺紋孔的中心距相同。如附圖6、7所示，扭彈簧6的一端是徑向彈簧絲伸出段，扭彈簧6另一端是軸向彈簧絲伸出段，扭彈簧6必須預(yù)緊。如附圖8、9所示，參考Festo公司的三角爪，異形板彈簧10上寬下窄，異形板彈簧10的最下端的縱截面形狀是曲面，為捏取時(shí)與抓取對(duì)象的接觸面。如附圖10所示，滾筒軸7上有一個(gè)直徑較大的法蘭臺(tái)階段，臺(tái)階段上有固定尼龍滾筒4的沉頭螺釘孔。
[0009]本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)不僅適用于“指尖接觸”的捏取抓取方式(用于輕的抓取對(duì)象)，也能適用于“織帶接觸”的裹包抓取方式(用于重的或易變形的抓取對(duì)象)，應(yīng)用范圍較大。
[0010](2)在異形板彈簧與扭彈簧的剛度設(shè)計(jì)時(shí)，織帶張緊的扭彈簧、手指骨架的板彈簧的變形力易于精確計(jì)算，因此接觸載荷大小易準(zhǔn)確得到。
[0011](3)采用了全柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)接觸外載荷具有良好的柔性自適應(yīng)性和緩沖性能；采用了異形板彈簧骨架，抓取力大，可靠性高。
[0012]【附圖說明】:
圖1為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的主視圖圖2為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器B-B剖視圖圖3為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器A-A剖視圖圖4為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的手掌盤的仰視圖圖5為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的手掌盤的C-C主剖視圖圖6為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的扭彈簧的主視圖圖7為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的扭彈簧的俯視圖圖8為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的異形板彈簧的主視圖圖9為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的異形板彈簧的左視圖圖10為一種可捏取和包絡(luò)抓取的柔性末端抓持器的滾筒軸的主視圖其中，1_手掌盤；2_指根板；3_導(dǎo)向氣缸；4_尼龍滾筒；5-織帶；6_扭彈費(fèi)；7_滾筒軸；8-壓條；9_等寬壓板；10-異形板彈簧；11_夾板；12-鉸鏈座；13_推桿；14-鉸鏈頭；15_大帶座軸承；16_直角彎板；17-小帶座軸承；18_墊塊。
[0013]【具體實(shí)施方式】:
下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0014]如圖1-3所示，本發(fā)明的工作過程:(I)三個(gè)導(dǎo)向氣缸3的氣路并聯(lián)，氣路接通氣源，導(dǎo)向氣缸3驅(qū)動(dòng)推桿13，經(jīng)鉸鏈座12，使異形板彈簧10彎曲，柔性手指可以捏取和裹包抓取圓柱形、圓球形等物體；(2)導(dǎo)向氣缸3內(nèi)的氣壓達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，不僅克服扭彈簧6和異形板彈簧10的彈性力，而且達(dá)到了要求的抓持接觸力；(3)抓取持續(xù)狀態(tài)時(shí)，必須保持導(dǎo)向氣缸3內(nèi)壓力為設(shè)定壓力，以免被抓持對(duì)象不能可靠抓??；(4)導(dǎo)向氣缸3的氣路排氣，在扭彈簧6和異形板彈簧10的彈性力的共同作用下，末端抓持器回復(fù)初始狀態(tài)。此過程包含兩種抓取方式:一種是靠板彈簧10的指尖曲面部分接觸被抓物體的“指尖接觸”的捏取抓取方式，用于輕的抓取對(duì)象；另一種是靠織帶5裹包接觸被抓物體的“織帶接觸”的裹包抓取方式，用于重的或易變形的抓取對(duì)象。
[0015]本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案不僅限于上述的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的變換，都屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:末端抓持器的三個(gè)相同的柔性手指均布地安裝在手掌盤(I)的導(dǎo)向槽中，靠手掌盤(I)上的中孔定位中心距；所述的柔性手指由指根板(2)、導(dǎo)向氣缸(3)、尼龍滾筒(4)、織帶(5)、扭彈簧(6)、滾筒軸(7)、壓條(8)、等寬壓板(9)、異形板彈簧(10)、夾板(11)、鉸鏈座(12)、推桿(13)、鉸鏈頭(14)、大帶座軸承(15)、直角彎板(16)、小帶座軸承(17)、墊塊(18)組成，S卩:指根板(2)在手掌盤(I)的導(dǎo)向槽中導(dǎo)向，螺釘穿過指根板(2)上的腰形槽，將指根板(2)固定在手掌盤(I)上，指根板(2)上的腰形槽可以調(diào)節(jié)柔性手指的中心距；導(dǎo)向氣缸(3)的尾部法蘭被螺釘固定在指根板(2)，織帶(5)卷繞在尼龍滾筒(4)上，織帶(5)的一端靠壓條(8)固定在尼龍滾筒(4)的缺口平面上，夾板(11)將織帶(5)的另一端和異形板彈簧(10)的平面段共同夾緊固定在鉸鏈座(12)上，異形板彈簧(10)的上端靠等寬壓板(9)固定在指根板(2)，異形板彈簧(10)固定處的橫向?qū)挾扰c等寬壓板(9)的縱向長(zhǎng)度相等；尼龍滾筒(4)被沉頭螺釘軸向固定在滾筒軸(7)的法蘭臺(tái)階面上，滾筒軸(7)兩端分別有大帶座軸承(15)和小帶座軸承(17)支撐，大帶座軸承(15)和小帶座軸承(17)均固定在指根板(2);尼龍滾筒(4)和滾筒軸(7)中間有扭彈簧(6)，尼龍滾筒(4)端面有徑向槽，將扭彈簧(6) —端的徑向彈簧絲伸出段夾固在滾筒軸(7 )上，扭彈簧(6 )另一端的軸向彈簧絲伸出段穿過直角彎板(16 )的小孔，直角彎板(16)安裝孔在小帶座軸承(17)安裝孔螺釘頭一側(cè)，與小帶座軸承(17) —起被固定在指根板(2)，小帶座軸承(17)下有墊塊(18)，以保證與大帶座軸承(15)回轉(zhuǎn)中心等高；鉸鏈頭(14)螺紋連接在導(dǎo)向氣缸(3)活塞桿頭部，并用螺母緊固；推桿(13)的兩端均為鉸鏈，分別與鉸鏈座(12)和導(dǎo)向氣缸(3)活塞桿上的鉸鏈頭(14)形成鉸鏈聯(lián)結(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:手掌盤(I)上有三個(gè)徑向的導(dǎo)向槽，按照120°均布，三個(gè)導(dǎo)向槽上各有三個(gè)螺紋孔，三個(gè)螺紋孔的中心距相同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:扭彈簧(6)的一端是徑向彈簧絲伸出段，扭彈簧(6)另一端是軸向彈簧絲伸出段，扭彈簧(6)預(yù)緊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:異形板彈簧(10)上寬下窄，異形板彈簧(10)的最下端的縱截面形狀是曲面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:滾筒軸(7)上設(shè)有一個(gè)法蘭臺(tái)階段，臺(tái)階段上有固定尼龍滾筒(4)的沉頭螺釘孔。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，此末端抓持器由一個(gè)手掌和三個(gè)柔性手指組成。每個(gè)柔性手指結(jié)構(gòu)相同，主要由一個(gè)導(dǎo)向氣缸、一個(gè)扭彈簧張緊的織帶和一個(gè)變截面寬度異形板彈簧骨架組成；扭彈簧和板彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)被抓取對(duì)象的特點(diǎn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)的；末端抓持器靠導(dǎo)向氣缸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生抓持力。此末端抓持器應(yīng)用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的物體的抓持，屬于機(jī)器人、機(jī)電一體化的技術(shù)領(lǐng)域；與機(jī)器人本體聯(lián)接，尤其適用于農(nóng)產(chǎn)品、食品、輕工產(chǎn)品的抓取、分揀和包裝等生產(chǎn)和物流等應(yīng)用領(lǐng)域。
【IPC分類】B25J15/12
【公開號(hào)】CN104924319
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510383740
【發(fā)明人】趙子恒, 張慶偉
【申請(qǐng)人】趙子恒
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年7月3日