流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置的制作方法

本实用新型属于机器人手技术领域，特别涉及一种流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置的结构设计。

背景技术：

机器人手是机器人实施抓取的部件。由于人手具有多个手指，每个手指多个关节，因而人手可以轻松抓取不同尺寸形状的物体，具有很高的适应性，模仿人手成为机器人手很重要的一种趋势。但是在几十年的机器人手偏向人手研究中，研究者有不少分析结果表明，人手的核心是抓取的自适应性，为了达到自适应的抓取不一定只能利用多指多关节的仿人手构造，其他类型的结构也许同样会获得高效的自适应抓取效果。于是产生了较多的不仿人手外形和构造而具有自适应抓取效果的外型特种手诞生。

在特种手方面，1985帝国理工的peter开发出了比较早期的双组滑杆阵列自适应手，两组滑杆阵列在物体挤压下，先上下滑动去适应物体的外形，然后通过左右合拢两组滑杆来达到对物体的抓取。其不足之处在于：该手对超过其两组合拢方向的长条形物体无法实施抓取，而在抓取物体小于其一组边界而不能同时接触两组杆的小物体抓取力较小，抓取不稳定。

付宏设计了具有全向聚拢的根部转动滑杆阵列自适应手，可以抓取不同方向的物体，其不足之处在于：该手无法让多杆在抓取物体时有较接近的抓取力，从而外观上看多杆参与了抓取，其实由于是根部关节转动杆，接触物体的地方多为点接触，而非线接触或面接触，且外围的滑杆被腱绳捆住，外围的滑杆会产生抓取力，但内部的滑杆没有直接接触腱绳，内部的滑杆并没有力量施加在物体上，导致抓取力不均，抓取不稳定，影响其在实际中的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置。该装置具有对不同形状、尺寸物体的自适应特性，能够在抓取物体时获得更多的接触点，多个接触点施加的抓取力比较均匀，抓取稳定，采用单个电机驱动，控制容易。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型设计的流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置，其特征在于：包括基座、电机、传动机构、流体、滑筒、盖板、n个套筒、n个活塞、n个腱绳、n个弹簧和n个弹性薄膜；所述电机固接在基座上；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连，传动机构的输出端与滑筒相连；所述滑筒滑动镶嵌在基座中，滑筒的滑动方向与套筒的中心线平行；所述滑筒与盖板固接；所述盖板上有n个通孔；每个所述套筒穿过盖板上相应的通孔，每个所述套筒与盖板固接，所有所述套筒的中心线相互平行，所述套筒的中心线与滑筒的中心线平行；每个所述活塞滑动镶嵌在相应的套筒中；由滑筒的内部、盖板、n个套筒和n个活塞的顶部围成一个密闭空腔，所述流体在密闭空腔中；所述基座上有n个穿绳孔，每个所述腱绳穿过基座上相应的穿绳孔，每个腱绳的上端连接在相应的活塞上；每个所述弹簧的一端与基座的下表面固接；每个所述弹性薄膜的一端与基座相连；每个所述弹簧放置在相应的弹性薄膜中；每个所述腱绳穿过相应的弹簧；每个所述腱绳的下端与相应的弹簧底部边缘固接，该连接点位于弹簧底部边缘一侧；所述弹簧采用压簧；在初始位置时，所有所述弹簧的中心线相互平行，弹簧的中心线与滑筒的中心线相互平行；在初始位置时，每个所述腱绳在弹簧中的一段均与滑筒的中心线平行；所述n为大于2的自然数。

本实用新型所述的流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置，其特征在于：所述传动机构包括减速器、螺杆和螺母；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴与螺杆固接，所述螺杆的中心线与减速器的输出轴的中心线重合，所述螺杆与螺母相连，所述螺杆与螺母形成螺纹传动关系，所述螺母与滑筒固接，所述螺杆的中心线与滑筒在基座中的滑动方向平行。

本实用新型所述的流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置，其特征在于：还包括一个密封的空腔件，所述空腔件在滑筒之中，所述空腔件与滑筒固接，所述流体密封在空腔件与套筒、活塞之间的密闭空腔之中。

本实用新型所述的流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置，其特征在于：所述空腔件采用柔性薄膜。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本实用新型装置利用基座、电机、传动机构、流体、滑筒、盖板、n个套筒、n个活塞、n个腱绳、n个弹簧和n个弹性薄膜等综合实现了通用抓取的功能。该装置通过阵列弹簧具有对不同形状、尺寸物体的自适应特性，在抓取物体时获得更多的接触点，通过偏置连接的腱绳拉动弹簧弯曲可以使得多点产生抓持力，通过流体、滑筒、套筒、活塞等实现单电机驱动多个腱绳的欠驱动效果，控制容易，通过流体连通器原理使得各个弹簧抓取力自动协调，对物体施加的抓取力分布均匀，抓取稳定，适用于各种需要通用抓取不同类型物体的场合。

附图说明

图1是本实用新型设计的流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置的一种实施例的立体视图。

图2是图1所示实施例的另一个角度的立体视图。

图3是图1所示实施例的的侧视外观图。

图4是图3的a-a剖视图。

图5是图3的底视图。

图6是图5的b-b转折剖视图。

图7至图11是图1所示实施例抓取物体的过程示意。

在图1至图11中：

1－基座，11－穿绳孔，2－电机，21－减速器，22－螺杆，

23－螺母，3－流体，4－滑筒，41－空腔件，5－盖板，

51－通孔，61－套筒，62－活塞，7－腱绳，8－弹簧，

9－弹性薄膜，99－物体，100－工作台面。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细介绍本实用新型的具体结构、工作原理的内容。

本实用新型设计的流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置，其特征在于：包括基座、电机、传动机构、流体、滑筒、盖板、n个套筒、n个活塞、n个腱绳、n个弹簧和n个弹性薄膜；所述电机固接在基座上；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连，传动机构的输出端与滑筒相连；所述滑筒滑动镶嵌在基座中，滑筒的滑动方向与套筒的中心线平行；所述滑筒与盖板固接；所述盖板上有n个通孔；每个所述套筒穿过盖板上相应的通孔，每个所述套筒与盖板固接，所有所述套筒的中心线相互平行，所述套筒的中心线与滑筒的中心线平行；每个所述活塞滑动镶嵌在相应的套筒中；由滑筒的内部、盖板、n个套筒和n个活塞的顶部围成一个密闭空腔，所述流体在密闭空腔中；所述基座上有n个穿绳孔，每个所述腱绳穿过基座上相应的穿绳孔，每个腱绳的上端连接在相应的活塞上；每个所述弹簧的一端与基座的下表面固接；每个所述弹性薄膜的一端与基座相连；每个所述弹簧放置在相应的弹性薄膜中；每个所述腱绳穿过相应的弹簧；每个所述腱绳的下端与相应的弹簧底部边缘固接，该连接点位于弹簧底部边缘一侧；所述弹簧采用压簧；在初始位置时，所有所述弹簧的中心线相互平行，弹簧的中心线与滑筒的中心线相互平行；在初始位置时，每个所述腱绳在弹簧中的一段均与滑筒的中心线平行；所述n为大于2的自然数。

在具体实施方式中，取n＝24，则本实用新型设计的流体力平衡弹性件阵列自适应机器人手装置的一种实施例，如图1所示，包括基座1、电机2、传动机构、流体3、滑筒4、盖板5、24个套筒61、24个活塞62、24个腱绳7、24个弹簧8和24个弹性薄膜9；所述电机2固接在基座1上；所述电机2的输出端与传动机构的输入端相连，传动机构的输出端与滑筒4相连；所述滑筒4滑动镶嵌在基座1中，滑筒4的滑动方向与套筒61的中心线平行；所述滑筒4与盖板5固接；所述盖板5上有24个通孔51；每个所述套筒61穿过盖板5上相应的通孔51，每个所述套筒61与盖板5固接，所有所述套筒61的中心线相互平行；每个所述活塞62滑动镶嵌在相应的套筒61中；由滑筒4的内部、盖板5、24个套筒61和24个活塞62的顶部围成一个密闭空腔，所述流体3在密闭空腔中；所述基座1上有24个穿绳孔11，每个所述腱绳7穿过基座1上相应的穿绳孔11，每个腱绳7的上端连接在相应的活塞62上；每个所述弹簧8的一端与基座1的下表面固接；每个所述弹性薄膜9的一端与基座1相连；每个所述弹簧8放置在相应的弹性薄膜9中；每个所述腱绳7穿过相应的弹簧8；每个所述腱绳7的下端与相应的弹簧8底部边缘相连，该连接点位于弹簧8底部边缘一侧；所述弹簧8采用压簧；在初始位置时，所有所述弹簧8的中心线相互平行，弹簧8的中心线与滑筒4的中心线相互平行。

本实施例中，所述传动机构包括减速器21、螺杆22和螺母23；所述电机2的输出轴与减速器21的输入轴相连，所述减速器21的输出轴与螺杆22固接，所述螺杆22的中心线与减速器21的输出轴的中心线重合，所述螺杆22与螺母23相连，所述螺杆22与螺母23形成螺纹传动关系，所述螺母23与滑筒4固接，所述螺杆22的中心线与滑筒4在基座1中的滑动方向平行。

本实施例还包括一个密封的空腔件41，所述空腔件41在滑筒4之中，所述空腔件41与滑筒4固接，所述流体3密封在空腔件41与套筒4、活塞62之间的密闭空腔之中。

本实施例中，所述空腔件41采用柔性薄膜。

本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下。

在初始位置时，弹性薄膜9约束着弹簧8缩短安装在基座1的下表面上，此时弹簧8有一个小变形量的压缩变形；因为流体3的连通器原理，因此，在密闭空腔中的流体3使得各个活塞62受到的流体3的压力是一致的，如果不一致，各个活塞62会移动到一致为止。

本实施例安装于机械臂的末端，当机械臂控制本装置向下移动接触物体99，物体99放置在工作台面100上，物体99挤压部分弹簧8变形，弹簧8高高低低自动适应物体99的形状，有的弹簧8向上移动较多，此时腱绳7放松，因为流体3的连通器原理，流体3会自动移动各处的活塞62在套筒61中的位置，达到力平衡。

此时，电机2转动，通过减速器21减速后，带动螺杆22转动，螺母23运动，由于滑筒4滑动镶嵌在基座1中，故滑筒4只能沿直线上下滑动，因此，螺杆22转动，与螺母23固接的滑筒4向上滑动。由于大气压的作用，滑筒4向上滑动会通过流体3传动，通过各个活塞62拉动腱绳7，腱绳7再拉动弹簧8，由于腱绳7的下方与弹簧8的连接点不是位于弹簧8的正中间，而是偏在边缘上并靠向基座1的中心一侧，同时弹簧8的上端与基座1固接不能移动，因此腱绳7的拉动会使得弹簧8偏载弯曲，从而使得弯曲的弹簧8对物体99施加一个抓取力的作用，由于弹簧8比较多，因此从不同的方向向基座1的中心弯曲去接触和抓取物体99，物体99会被稳定抓住，而且这种抓取对物体99的朝向不敏感，各个方向的长条形物体99都可以被抓取，不同尺寸的球形、方形、长方形和各种奇形怪状的物体99都能够被稳定抓取，从而达到了自适应抓取(或称为通用抓取)的目的。

释放物体99的过程：电机2反转，后续过程与上述抓取物体99的过程刚好相反，不赘述。

本实用新型装置利用基座、电机、传动机构、流体、滑筒、盖板、n个套筒、n个活塞、n个腱绳、n个弹簧和n个弹性薄膜等综合实现了通用抓取的功能。该装置通过阵列弹簧具有对不同形状、尺寸物体的自适应特性，在抓取物体时获得更多的接触点，通过偏置连接的腱绳拉动弹簧弯曲可以使得多点产生抓持力，通过流体、滑筒、套筒、活塞等实现单电机驱动多个腱绳的欠驱动效果，控制容易，通过流体连通器原理使得各个弹簧抓取力自动协调，对物体施加的抓取力分布均匀，抓取稳定，适用于各种需要通用抓取不同类型物体的场合。