一种可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械手爪，具体的说，是涉及一种可实现被动包络的柔性机械手爪。
【背景技术】
[0002]机械手爪能够模仿人手和臂膀的某些功能和动作，按照预设程序抓取物品及搬运物件，是一种自动化操作装置。它可取代人工操作进行危险或繁重作业，保证人身安全，实现生产机械化和自动化，故而被广泛应用于机械制造、轻工业、电子、冶金和原子能等领域中。
[0003]目前，常见的机械手爪呈刚性结构且具有较为复杂的构型，当所抓取物品形状较固定、外表较坚硬时，此类机械手爪可按预先设定的力抓取物品。然而，当抓取的物品易碎、易变形或形状不固定时，这种刚性结构或构型复杂的机械手爪容易对所抓取物品造成不必要的损伤及破坏，或难以适应复杂外形物体。如，公开号为CN102785251A的专利申请中所述机械手爪的手指为刚性体，限制了手爪的自适应能力和运动灵活性；公开号为CN102416624A的专利申请描述了一种柔性自适应欠驱动机械手爪，但其骨架和手指构型限制了手爪适应各种复杂外形物品的能力。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的是现有机械手爪不能满足复杂多变的抓取要求的技术问题，提供一种可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪，灵活性高，对复杂外形物体适应性强。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现:
[0006]一种可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪，其特征在于，包括驱动平台、导向定位平台、四根被动手指和四个主动支链，所述主动支链将所述驱动平台、所述导向定位平台、所述被动手指连接；
[0007]所述驱动平台由中心对称的十字交叉杆和垂直于所述十字交叉杆的圆柱形杆构成，所述圆柱形杆固定连接于所述十字交叉杆的对称中心；所述驱动平台能够在电机驱动下绕圆柱形杆轴线进行转动；
[0008]所述导向定位平台为中心对称的十字杆结构，所述驱动平台的所述圆柱形杆垂直穿过所述十字杆结构的对称中心；
[0009]四个所述主动支链完全相同，每个所述主动支链由驱动平台转动副、连杆、手指固定架转动副、手指固定架和导向定位平台圆柱副构成；所述驱动平台的十字交叉杆端部通过所述驱动平台转动副与所述连杆的一端连接，所述连杆的另一端通过所述手指固定架转动副与所述手指固定架连接，所述手指固定架通过所述导向定位平台圆柱副与所述导向定位平台的十字杆结构端部连接，所述手指固定架的下表面固定连接于所述被动手指的第一横梁板；
[0010]所述驱动平台的圆柱形杆轴线、所述驱动平台转动副的转动轴线、所述手指固定架转动副的转动轴线相互平行；
[0011]四根所述被动手指完全相同，每根被动手指由三个横梁板、三个外侧板、三个内侧板、三个连接横梁板与外侧板的弹簧、七个板转动副以及六个弹簧转动副组成；三个所述横梁板包括第一横梁板、第二横梁板、第三横梁板；三个所述外侧板包括第一外侧板、第二外侧板和第三外侧板；三个所述内侧板包括第一内侧板、第二内侧板和第三内侧板；三个所述弹簧包括第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧；所述横梁板、所述外侧板、所述内侧板之间通过所述板转动副连接，七个所述板转动副包括第一板转动副、第二板转动副、第三板转动畐IJ、第四板转动副、第五板转动副、第六板转动副和第七板转动副；所述弹簧两端分别通过所述弹簧转动副分别与所述横梁板与所述外侧板连接，六个所述弹簧转动副包括第一弹簧转动副、第二弹簧转动副、第三弹簧转动副、第四弹簧转动副、第五弹簧转动副和第六弹簧转动副；
[0012]所有所述板转动副的轴线与所有所述弹簧转动副的轴线相互平行；所述弹簧的轴线位于所述被动手指的中心面内；
[0013]所述第一横梁板的一端通过所述第一板转动副与所述第一外侧板的顶端连接，所述第一横梁板的另一端通过所述第二板转动副与所述第一内侧板的顶端连接；所述第二横梁板的一端通过所述第三板转动副同时与所述第一外侧板的底端和所述第二外侧板的顶端连接，所述第二横梁板的另一端通过所述第四板转动副同时与所述第一内侧板的底端和所述第二内侧板的顶端连接；所述第三横梁板的一端通过所述第五板转动副同时与所述第二外侧板的底端和所述第三外侧板的顶端连接，所述第三横梁板的另一端通过所述第六板转动副同时与所述第二内侧板的底端和所述第三内侧板的顶端连接；所述第三外侧板的底端和所述第三内侧板的底端通过所述第七板转动副连接；
[0014]所述第一弹簧的一端通过所述第一弹簧转动副与所述第一横梁板连接，另一端通过所述第二弹簧转动副与所述第一外侧板连接；所述第二弹簧的一端通过所述第三弹簧转动副与所述第二横梁板连接，另一端通过所述第四弹簧转动副与所述第二外侧板连接；所述第三弹簧的一端通过所述第五弹簧转动副与所述第三横梁板连接，另一端通过所述第六弹簧转动副与所述第三外侧板连接。
[0015]所述手指固定架的下表面与所述被动手指的第一横梁板顶面镶嵌连接。
[0016]所述内侧板为柔性材料制成的柔性板。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018]本发明的可实现被动包络的柔性仿生机械手爪，其机构结构简单，减少了大量生产制作成本；仅需单一驱动，免去了复杂的控制算法带来的诸多难题，便于控制与设计；可实现对复杂外形物品的被动柔性面包络，抓取稳定性高；应用灵活性强，可广泛应用于机械制造、轻工业、医疗等要求被动柔性包络外形复杂、易碎物品的场合。
【附图说明】
[0019]图1是本发明所提供的可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪的结构示意图；
[0020]图2是本发明所提供的可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪的主视图；
[0021]图3是本发明所提供的可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪的俯视图；
[0022]图4是本发明所提供的可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪中第一被动手指的结构示意图。
[0023]图中:1、主动支链；2、被动手指；3、导向定位平台；4、驱动平台；5、手指固定架；
6、手指固定架转动副；7、导向定位平台圆柱副；8、连杆；9、驱动平台转动副；10、圆柱形杆；
11、十字交叉杆；
[0024]12、外侧板:第一外侧板A、第二外侧板B和第三外侧板C ；
[0025]13、弹簧转动副:第一弹簧转动副OL、第二弹簧转动副OA、第三弹簧转动副PM、第四弹簧转动副PB、第五弹簧转动副QN和第六弹簧转动副QC ;
[0026]14、弹簧:第一弹簧O、第二弹簧P和第三弹簧Q ;
[0027]15、横梁板:第一横梁板L、第二横梁板M、第三横梁板N ；
[0028]16、内侧板:第一内侧板a、第二内侧板b和第三内侧板c ；
[0029]17、板转动副:第一板转动副LA、第二板转动副La、第三板转动副MB、第四板转动副Mb、第五板转动副NC、第六板转动副Ne和第七板转动副Ce。
【具体实施方式】
[0030]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0031]如图1至图3所示，本实施例提供了一种可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪，主要由可变手掌和四根被动手指2构成。可变手掌包括驱动平台4、导向定位平台3和四个主动支链1，四个主动支链I将驱动平台4、导向定位平台3和四根被动手指2连接。
[0032]驱动平台4由十字交叉杆11和圆柱形杆10构成；十字交叉杆11中心对称，由两根直杆相互垂直连接构成；圆柱形杆10与十字交叉杆11所在的平面垂直，其一端固定连接于十字交叉杆11的对称中心。圆柱形杆10与电机连接，能够在电机驱动下带动十字交叉杆11 一同绕圆柱形杆10轴线aa进行转动。
[0033]导向定位平台3为设置有中心孔的十字杆结构，也为中心对称。驱动平台4的圆柱形杆10与导向定位平台3所在的平面垂直，并穿过导向定位平台3十字杆结构的中心孔，这种布置方式使整体结构较为紧凑。通过导向定位平台3的对称中心且与其所在平面相垂直的线称为导向定位平台3的轴线bb，导向定位平台3的轴线bb与驱动平台4的圆柱形杆10轴线aa重合。
[0034]四个主动支链I的结构完全相同，并且以以驱动平台4的圆柱形杆10轴线aa为中心在空间上均匀分布，相邻两个主动支链I的夹角均为90°。
[0035]每个主动支链I均由驱动平台转动副9、连杆8、手指固定架转动副6、手指固定架5和导向定位平台圆柱副7构成；其中手指固定架5包括横板和垂直固定于横板上表面的竖板。
[0036]驱动平台4的十字交叉杆11端部通过驱动平台转动副9与连杆8的一端连接，连杆8的另一端通过手指固定架转动副6与手指固定架5的竖板连接。手指固定架5的竖板通过导向定位平台圆柱副7与导向定位平台3的十字杆结构端部连接，这里导向定位平台圆柱副7因有手指固定架转动副6的约束而仅起到一个移动副的作用。其中，驱动平台4的圆柱形杆10轴线aa、驱动平台转动副9的转动轴线Ce、手指固定架转动副6的转动轴线dd两两之间相互平行。
[0037]手指固定架5的横板下表面与其相应的被动手指2镶嵌连接，具体为手指固定架5的横板下表面设置有凹槽结构，被动手指2的第一横梁板L顶面设置有相匹配的凸起结构，凹槽结构和凸起结构镶嵌连接，以使手指固定架5与其相应的被动手指2固定，这种连接方式便于被动手指2的安装与拆卸。
[0038]四根被动手指2结构完全相同，并且以驱动平台4的圆柱形杆10轴线aa为中心在空间上均匀分布，相邻两根被动手指2的夹