一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，属于机器人、机电一体化的技术领域。
【背景技术】
[0002]针对农副产品中禽蛋、瓜果等抓取对象，其显著特征是材料性质、形状尺寸的差别较大。传统工业末端抓持器为夹钳式或平行移动式结构，只能抓取形状大小相同、位置状态一致、不会破损的刚性工件。仿人灵巧手需要感知复杂对象的空间位置和形状，需要精确控制运动和抓取力，否则会损坏复杂对象或不能可靠抓取，但仿人灵巧手尚处在实验室研宄阶段，且成本高、对使用环境要求高。目前，此类物品的抓取主要靠形状适应的、易变形的吸盘吸取，但是真空耗能较大、成本较高。
[0003]现有柔性末端抓持器是以结构件的弹性变形为基础，满足抓取对象形状尺寸的适应性要求，其中 Festo 公司的 MultiChoiceGripper (http:// www.fest0.com/cms/zh_corp/13706, htm)有两种结构，左图的一种是橡胶带的裹包抓取末端抓持器，采用了弓形的金属刚性骨架，靠橡胶带弹性变形裹包抓取；右图的另一种是手指部分为全橡胶材料的三角爪，采用了橡胶的柔性骨架(桁架结构)，靠橡胶柔性骨架的弹性变形裹包抓取。工作原理:气缸推动手指转动，手指与物体接触状态是靠橡胶带或靠全橡胶手指的弹性变形，实现裹包抓取，不能指尖捏取方式抓取，而捏取方式抓取对被抓物体的空间位置状态和分布紧密程度的要求最低。
[0004]前述的末端抓持器均靠橡胶的弹性变形实现，但由于橡胶变形不是完全弹性的、且橡胶易老化，使得橡胶的弹性模量具有非线性变化的特点，接触力难以精确计算，从而控制就不得不采用复杂的模型和控制算法。尤其是全橡胶材料的三角爪的抓持接触力小，安全性差。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术上述不足，提供了一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，手指部分没有采用任何橡胶材料，采用一个可调扭矩的扭弹簧张紧的织带与被抓物品接触，接触力使织带克服扭弹簧的扭矩而被抽出、很好地裹包抓取物体；并采用一个变截面宽度异形板弹簧作为骨架，变截面宽度异形板弹簧变形既可提高织带的裹包抓取适应性，又可形成新的抓取方式——靠板弹簧指尖的曲面部分接触被抓物体的捏取方式。
[0006]本发明的主要解决方案是这样实现的:
本发明末端抓持器由一个手掌和三个柔性手指组成，末端抓持器靠导向气缸驱动产生抓持力。每个柔性手指结构相同，主要由一个导向气缸、一个扭弹簧张紧的织带和一个变截面宽度异形板弹簧骨架组成。
[0007]如附图1-3所示，末端抓持器的三个相同的柔性手指均布地安装在手掌盘I的导向槽中，靠手掌盘I上的中孔定位中心距。柔性手指由指根板2、导向气缸3、尼龙滚筒4、织带5、扭弹簧6、滚筒轴7、压条8、等宽压板9、异形板弹簧10、夹板11、铰链座12、推杆13、铰链头14、大带座轴承15、直角弯板16、小带座轴承17、垫块18组成。本发明末端抓持器的具体特征是:指根板2在手掌盘I的导向槽中导向，螺钉穿过指根板2上的腰形槽，将指根板2固定在手掌盘I上，指根板2上的腰形槽可以调节柔性手指的中心距；导向气缸3的尾部法兰被螺钉固定在指根板2，织带5卷绕在尼龙滚筒4上，织带5的一端靠压条8固定在尼龙滚筒4的缺口平面上，夹板11将织带5的另一端和异形板弹簧10的平面段共同夹紧固定在铰链座12上，异形板弹簧10的上端靠等宽压板9固定在指根板2，异形板弹簧10固定处的横向宽度与等宽压板9的纵向长度相等；尼龙滚筒4被沉头螺钉轴向固定在滚筒轴7的法兰台阶面上，滚筒轴7两端分别有大带座轴承15和小带座轴承17支撑，大带座轴承15和小带座轴承17均固定在指根板2 ;尼龙滚筒4和滚筒轴7中间有扭弹簧6，尼龙滚筒4端面有径向槽，将扭弹簧6 —端的径向弹簧丝伸出段夹固在滚筒轴7上，扭弹簧6另一端的轴向弹簧丝伸出段穿过直角弯板16的小孔，直角弯板16安装孔在小带座轴承17安装孔螺钉头一侧，与小带座轴承17 —起被固定在指根板2，小带座轴承17下有垫块18，以保证与大带座轴承15回转中心等高；铰链头14螺纹连接在导向气缸3活塞杆头部，并用螺母紧固；推杆13的两端均为铰链，分别与铰链座12和导向气缸3活塞杆上的铰链头14形成铰链联结。
[0008]如附图4、5所示，手掌盘I上有三个径向的导向槽，按照120°均布，三个导向槽上有三个螺纹孔，三个螺纹孔的中心距相同。如附图6、7所示，扭弹簧6的一端是径向弹簧丝伸出段，扭弹簧6另一端是轴向弹簧丝伸出段，扭弹簧6必须预紧。如附图8、9所示，参考Festo公司的三角爪，异形板弹簧10上宽下窄，异形板弹簧10的最下端的纵截面形状是曲面，为捏取时与抓取对象的接触面。如附图10所示，滚筒轴7上有一个直径较大的法兰台阶段，台阶段上有固定尼龙滚筒4的沉头螺钉孔。
[0009]本发明与已有技术相比具有以下优点:
(I)不仅适用于“指尖接触”的捏取抓取方式(用于轻的抓取对象)，也能适用于“织带接触”的裹包抓取方式(用于重的或易变形的抓取对象)，应用范围较大。
[0010](2)在异形板弹簧与扭弹簧的刚度设计时，织带张紧的扭弹簧、手指骨架的板弹簧的变形力易于精确计算，因此接触载荷大小易准确得到。
[0011](3)采用了全柔性结构，对接触外载荷具有良好的柔性自适应性和缓冲性能；采用了异形板弹簧骨架，抓取力大，可靠性高。
[0012]【附图说明】:
图1为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的主视图图2为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器B-B剖视图图3为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器A-A剖视图图4为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的手掌盘的仰视图图5为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的手掌盘的C-C主剖视图图6为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的扭弹簧的主视图图7为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的扭弹簧的俯视图图8为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的异形板弹簧的主视图图9为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的异形板弹簧的左视图图10为一种可捏取和包络抓取的柔性末端抓持器的滚筒轴的主视图其中，1_手掌盘；2_指根板；3_导向气缸；4_尼龙滚筒；5-织带；6_扭弹費；7_滚筒轴；8-压条；9_等宽压板；10-异形板弹簧；11_夹板；12-铰链座；13_推杆；14-铰链头；15_大带座轴承；16_直角弯板；17-小带座轴承；18_垫块。
[0013]【具体实施方式】:
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0014]如图1-3所示，本发明的工作过程:(I)三个导向气缸3的气路并联，气路接通气源，导向气缸3驱动推杆13，经铰链座12，使异形板弹簧10弯曲，柔性手指可以捏取和裹包抓取圆柱形、圆球形等物体；(2)导向气缸3内的气压达到设定压力时，不仅克服扭弹簧6和异形板弹簧10的弹性力，而且达到了要求的抓持接触力；(3)抓取持续状态时，必须保持导向气缸3内压力为设定压力，以免被抓持对象不能可靠抓取；(4)导向气缸3的气路排气，在扭弹簧6和异形板弹簧10的弹性力的共同作用下，末端抓持器回复初始状态。此过程包含两种抓取方式:一种是靠板弹簧10的指尖曲面部分接触被抓物体的“指尖接触”的捏取抓取方式，用于轻的抓取对象；另一种是靠织带5裹包接触被抓物体的“织带接触”的裹包抓取方式，用于重的或易变形的抓取对象。
[0015]本发明所要保护的技术方案不仅限于上述的实施例，根据本发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，都属于本发明所要求保护的范围。
【主权项】
1.一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:末端抓持器的三个相同的柔性手指均布地安装在手掌盘(I)的导向槽中，靠手掌盘(I)上的中孔定位中心距；所述的柔性手指由指根板(2)、导向气缸(3)、尼龙滚筒(4)、织带(5)、扭弹簧(6)、滚筒轴(7)、压条(8)、等宽压板(9)、异形板弹簧(10)、夹板(11)、铰链座(12)、推杆(13)、铰链头(14)、大带座轴承(15)、直角弯板(16)、小带座轴承(17)、垫块(18)组成，S卩:指根板(2)在手掌盘(I)的导向槽中导向，螺钉穿过指根板(2)上的腰形槽，将指根板(2)固定在手掌盘(I)上，指根板(2)上的腰形槽可以调节柔性手指的中心距；导向气缸(3)的尾部法兰被螺钉固定在指根板(2)，织带(5)卷绕在尼龙滚筒(4)上，织带(5)的一端靠压条(8)固定在尼龙滚筒(4)的缺口平面上，夹板(11)将织带(5)的另一端和异形板弹簧(10)的平面段共同夹紧固定在铰链座(12)上，异形板弹簧(10)的上端靠等宽压板(9)固定在指根板(2)，异形板弹簧(10)固定处的横向宽度与等宽压板(9)的纵向长度相等；尼龙滚筒(4)被沉头螺钉轴向固定在滚筒轴(7)的法兰台阶面上，滚筒轴(7)两端分别有大带座轴承(15)和小带座轴承(17)支撑，大带座轴承(15)和小带座轴承(17)均固定在指根板(2);尼龙滚筒(4)和滚筒轴(7)中间有扭弹簧(6)，尼龙滚筒(4)端面有径向槽，将扭弹簧(6) —端的径向弹簧丝伸出段夹固在滚筒轴(7 )上，扭弹簧(6 )另一端的轴向弹簧丝伸出段穿过直角弯板(16 )的小孔，直角弯板(16)安装孔在小带座轴承(17)安装孔螺钉头一侧，与小带座轴承(17) —起被固定在指根板(2)，小带座轴承(17)下有垫块(18)，以保证与大带座轴承(15)回转中心等高；铰链头(14)螺纹连接在导向气缸(3)活塞杆头部，并用螺母紧固；推杆(13)的两端均为铰链，分别与铰链座(12)和导向气缸(3)活塞杆上的铰链头(14)形成铰链联结。2.根据权利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:手掌盘(I)上有三个径向的导向槽，按照120°均布，三个导向槽上各有三个螺纹孔，三个螺纹孔的中心距相同。3.根据权利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:扭弹簧(6)的一端是径向弹簧丝伸出段，扭弹簧(6)另一端是轴向弹簧丝伸出段，扭弹簧(6)预紧。4.根据权利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:异形板弹簧(10)上宽下窄，异形板弹簧(10)的最下端的纵截面形状是曲面。5.根据权利要求1所述的可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，其特征是:滚筒轴(7)上设有一个法兰台阶段，台阶段上有固定尼龙滚筒(4)的沉头螺钉孔。
【专利摘要】本发明涉及一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，此末端抓持器由一个手掌和三个柔性手指组成。每个柔性手指结构相同，主要由一个导向气缸、一个扭弹簧张紧的织带和一个变截面宽度异形板弹簧骨架组成；扭弹簧和板弹簧的结构参数根据被抓取对象的特点而优化设计的；末端抓持器靠导向气缸驱动产生抓持力。此末端抓持器应用于易碎的脆性物体，或形状、大小变化的物体的抓持，属于机器人、机电一体化的技术领域；与机器人本体联接，尤其适用于农产品、食品、轻工产品的抓取、分拣和包装等生产和物流等应用领域。
【IPC分类】B25J15/12
【公开号】CN104924319
【申请号】CN201510383740
【发明人】赵子恒, 张庆伟
【申请人】赵子恒
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年7月3日