一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，屬于機器人、機電一體化的技術領域。
【背景技術】
[0002]針對農副產品中禽蛋、瓜果等抓取對象，其顯著特征是材料性質、形狀尺寸的差別較大。傳統工業末端抓持器為夾鉗式或平行移動式結構，只能抓取形狀大小相同、位置狀態一致、不會破損的剛性工件。仿人靈巧手需要感知復雜對象的空間位置和形狀，需要精確控制運動和抓取力，否則會損壞復雜對象或不能可靠抓取，但仿人靈巧手尚處在實驗室研宄階段，且成本高、對使用環境要求高。目前，此類物品的抓取主要靠形狀適應的、易變形的吸盤吸取，但是真空耗能較大、成本較高。
[0003]現有柔性末端抓持器是以結構件的彈性變形為基礎，滿足抓取對象形狀尺寸的適應性要求，其中 Festo 公司的 MultiChoiceGripper (http:// www.fest0.com/cms/zh_corp/13706, htm)有兩種結構，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取；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(桁架結構)，靠橡膠柔性骨架的彈性變形裹包抓取。工作原理:氣缸推動手指轉動，手指與物體接觸狀態是靠橡膠帶或靠全橡膠手指的彈性變形，實現裹包抓取，不能指尖捏取方式抓取，而捏取方式抓取對被抓物體的空間位置狀態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現，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，接觸力難以精確計算，從而控制就不得不采用復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。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術上述不足，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，采用一個可調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]本發明的主要解決方案是這樣實現的:
本發明末端抓持器由一個手掌和三個柔性手指組成，末端抓持器靠導向氣缸驅動產生抓持力。每個柔性手指結構相同，主要由一個導向氣缸、一個扭彈簧張緊的織帶和一個變截面寬度異形板彈簧骨架組成。
[0007]如附圖1-3所示，末端抓持器的三個相同的柔性手指均布地安裝在手掌盤I的導向槽中，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。本發明末端抓持器的具體特征是:指根板2在手掌盤I的導向槽中導向，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上的腰形槽可以調節柔性手指的中心距；導向氣缸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固定處的橫向寬度與等寬壓板9的縱向長度相等；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，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回轉中心等高；鉸鏈頭14螺紋連接在導向氣缸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和導向氣缸3活塞桿上的鉸鏈頭14形成鉸鏈聯結。
[0008]如附圖4、5所示，手掌盤I上有三個徑向的導向槽，按照120°均布，三個導向槽上有三個螺紋孔，三個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，為捏取時與抓取對象的接觸面。如附圖10所示，滾筒軸7上有一個直徑較大的法蘭臺階段，臺階段上有固定尼龍滾筒4的沉頭螺釘孔。
[0009]本發明與已有技術相比具有以下優點:
(I)不僅適用于“指尖接觸”的捏取抓取方式(用于輕的抓取對象)，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象)，應用范圍較大。
[0010](2)在異形板彈簧與扭彈簧的剛度設計時，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算，因此接觸載荷大小易準確得到。
[0011](3)采用了全柔性結構，對接觸外載荷具有良好的柔性自適應性和緩沖性能；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_導向氣缸；4_尼龍滾筒；5-織帶；6_扭彈費；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]【具體實施方式】:
下面參照附圖并結合實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0014]如圖1-3所示，本發明的工作過程:(I)三個導向氣缸3的氣路并聯，氣路接通氣源，導向氣缸3驅動推桿13，經鉸鏈座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)導向氣缸3內的氣壓達到設定壓力時，不僅克服扭彈簧6和異形板彈簧10的彈性力，而且達到了要求的抓持接觸力；(3)抓取持續狀態時，必須保持導向氣缸3內壓力為設定壓力，以免被抓持對象不能可靠抓取；(4)導向氣缸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，末端抓持器回復初始狀態。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象。
[0015]本發明所要保護的技術方案不僅限于上述的實施例，根據本發明權利要求及說明書內容所作的簡單的變換，都屬于本發明所要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:末端抓持器的三個相同的柔性手指均布地安裝在手掌盤(I)的導向槽中，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)的導向槽中導向，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)上的腰形槽可以調節柔性手指的中心距；導向氣缸(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)固定處的橫向寬度與等寬壓板(9)的縱向長度相等；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，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)回轉中心等高；鉸鏈頭(14)螺紋連接在導向氣缸(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)和導向氣缸(3)活塞桿上的鉸鏈頭(14)形成鉸鏈聯結。2.根據權利要求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)上有三個徑向的導向槽，按照120°均布，三個導向槽上各有三個螺紋孔，三個螺紋孔的中心距相同。3.根據權利要求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)預緊。4.根據權利要求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.根據權利要求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)上設有一個法蘭臺階段，臺階段上有固定尼龍滾筒(4)的沉頭螺釘孔。
【專利摘要】本發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手掌和三個柔性手指組成。每個柔性手指結構相同，主要由一個導向氣缸、一個扭彈簧張緊的織帶和一個變截面寬度異形板彈簧骨架組成；扭彈簧和板彈簧的結構參數根據被抓取對象的特點而優化設計的；末端抓持器靠導向氣缸驅動產生抓持力。此末端抓持器應用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的物體的抓持，屬于機器人、機電一體化的技術領域；與機器人本體聯接，尤其適用于農產品、食品、輕工產品的抓取、分揀和包裝等生產和物流等應用領域。
【IPC分類】B25J15/12
【公開號】CN104924319
【申請號】CN201510383740
【發明人】趙子恒, 張慶偉
【申請人】趙子恒
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年7月3日