柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪制造技術

本發明專利技術涉及柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪，多指手爪有一個手掌和三個柔性手指組成，手掌有矩形和六邊形兩種結構；每個柔性手指結構相同，主要有一個內導向氣缸和一個串聯柔性鉸鏈組成；靠氣缸驅動產生抓持力，此多指手爪應用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的異形物體的抓持；多指手爪的柔性手指就是一種柔順機構，串聯柔性鉸鏈是柔順機構的變形元件，其特點是：對外載荷具有良好的柔性自由度和緩沖性能，柔性自適應性好。屬于機器人、機電一體化的應用技術領域；與機器人本體聯接，尤其適用于食品、農產品、輕工產品的抓取、分揀和包裝等生產和物流領域。

【技術實現步驟摘要】

:本專利技術涉及柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪，多指手爪有一個手掌和三個柔性手指組成，手掌有矩形和六邊形兩種結構；每個柔性手指結構相同，主要有一個內導向氣缸和一個串聯柔性鉸鏈組成；靠氣缸驅動產生抓持力，此多指手爪應用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的異形物體的抓持，屬于機器人、機電一體化的應用
；與機器人本體聯接，尤其適用于食品、農產品、輕工產品的抓取、分揀和包裝等生產和物流領域。
技術介紹
:針對輕工和食品行業的大規模生產狀況，為滿足形狀復雜、物性多樣的原材料、半成品、成品的物流和包裝的需要，為解決簡單勞動的用工成本高、勞動條件差等問題，需要物流抓取多指手爪。就抓取的復雜對象的種類:①易變形的軟性物體(面包、軟包裝物品)；②易碎的脆性物體(禽蛋、玻璃陶瓷制品)形狀不規則的、大小差別大的物體(瓜果、蔬菜)異形的、位置狀態混亂且難理順的物體(酒瓶、化妝品瓶)；從上可見，復雜對象的材料性質、形狀尺寸及位置狀態的差別較大。傳統工業多指手爪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，但目前仿人靈巧手尚處在實驗室研究階段。傳統剛性機構是由運動副連接的剛性桿件組成的，進行運動、力或能量傳遞或轉換的機械裝置。柔順機構(Compliant Mechanisms)也能傳遞或轉換運動、力或能量,但與剛性機構不同，柔順機構不僅由運動副傳遞運動，還至少從其柔性部件的變形中獲得一部分運動。柔順機構的兩大優越性:降低成本(減少零件數目、減少裝配、簡化制造、減輕質量)和提高性能(提高精度、增加可靠性、減少磨損、減少維護)。本專利技術多指手爪的柔性手指就是一種柔順機構，串聯柔性鉸鏈是柔順機構的變形元件，其特點是:對外載荷具有良好的柔性自由度和緩沖性能，因此抓取復雜對象時，柔性自適應性好。本專利技術多指手爪的關鍵部件是柔性手指，亦稱為柔性關節。本專利技術之前，專利申請(一種多關節柔性機械手，200810023616.5)提出了一種橡膠波紋管膨脹加載式氣動人工肌肉驅動器驅動的、串聯柔性鉸鏈骨架的柔性彎曲關節，其缺點是:①橡膠波紋管氣動人工肌肉驅動器的內腔壓強不夠大，靠串聯柔性鉸鏈作用，回復到初始伸直狀態；②串聯柔性鉸鏈的工作長度不能調節，抓取物體的通用性不夠好；③隨著串聯柔性鉸鏈的變形量越大，變形量的單位增量所需的人工肌肉內腔的壓強增量越大，串聯柔性鉸鏈越難彎曲，亦即柔性手指的彎曲角度-氣壓的曲線斜率越來越小；④尤其是人工肌肉驅動下，串聯柔性鉸鏈受到的拉應力隨人工肌肉內腔壓強增大而增大，需要增大串聯柔性鉸鏈最小截面面積才能滿足強度要求，而增大串聯柔性鉸鏈最小截面積的同時又會使串聯柔性鉸鏈大變形的難度增力口，增加了氣缸輸 出力使串聯柔性鉸鏈變形的作用力，從而減小了柔性關節輸出的抓取力。
技術實現思路
:本專利技術克服了上述不足，本專利技術多指手爪有三個柔性手指，每個柔性手指結構相同，柔性手指采用柔順四桿機構，四桿分別是:驅動桿(內導向氣缸Ia的活塞桿和活塞桿鉸鏈座IOa組成)、柔性桿(即串聯柔性鉸鏈4a)、長度可調的二力桿(左螺紋鉸鏈桿7a、螺紋套8a、右螺紋鉸鏈桿8a組成)和位置可調的支座桿(壓板5a、鉸鏈支座6a組成)。驅動桿不是旋轉運動，而是內導向氣缸活塞桿的直線運動。通過調節二力桿長度，使串聯柔性鉸鏈彎曲部分(即變形段)的長度可以調節；二力桿長度越短，串聯柔性鉸鏈彎曲部分(即變形段)的長度越短；二力桿長度越短，氣缸行程越短，初始狀態時二力桿與串聯柔性鉸鏈的夾角越大，串聯柔性鉸鏈的彎曲效果越好。本專利技術的主要解決方案是這樣實現的:如附圖1、2所示，本專利技術多指手爪的一種結構:有三個柔性手指I和一個矩形手掌2組成。一個柔性手指I被安裝在矩形手掌2的左側對稱中心處，另外二個柔性手指I分別被安裝矩形手掌2右側對稱中心的兩側。如附圖3、4所示，本專利技術多指手爪的另一種結構:有三個柔性手指I和一個六邊形手掌3組成。三個柔性手指I分別被安裝在六邊形手掌3的三個對應邊處。其中三個對應邊的內切圓半徑較大，適合大直徑物體抓取；三個對應邊的內切圓半徑較小，適合小直徑物體抓取。如附圖5所示，前述的柔性手指I是一個部件，其安裝結構是:內導向氣缸Ia的前端法蘭用內六角螺栓固定在直角板3a上，活塞桿鉸鏈座IOa螺紋安裝在內導向氣缸Ia的活塞桿端部、并用螺母 旋緊防松；指根板2a被螺釘固定在矩形手掌2或六邊形手掌3上，串聯柔性鉸鏈4a的上端被螺栓螺母固定在指根板2a和直角板3a之間，串聯柔性鉸鏈4a的下端被螺栓螺母固定在壓板5a和鉸鏈支座6a之間，串聯柔性鉸鏈4a的最下端是曲面、便于接觸被抓取物體；活塞桿鉸鏈座IOa與右螺紋鉸鏈桿9a之間是鉸鏈聯接，鉸鏈支座6a與左螺紋鉸鏈桿7a之間鉸鏈聯接，左螺紋鉸鏈桿7a和右螺紋鉸鏈桿9a均旋在螺紋套8a內、并用螺母旋緊防松；順、逆時針旋轉螺紋套8a，可使左螺紋鉸鏈桿7a和右螺紋鉸鏈桿9a之間的相對距離增加或縮短。本專利技術與已有技術相比具有以下優點:(I)柔性手指采用氣缸代替橡膠波紋管氣動人工肌肉驅動器，承受的氣體壓強大，產生的驅動力大、產生的抓取力大；靠氣缸活塞桿反向作用，而不靠扭彈簧作用，串聯柔性鉸鏈回復到初始伸直狀態。(2)對材料性質、形狀尺寸及位置狀態的差別較大的復雜對象，通過抓取實驗和分析計算，再調節二力桿作用于串聯柔性鉸鏈下端的位置，這樣既保證了柔性自適應地可靠抓取、又不會損壞，因此多指手爪的通用性好。(3)由于本專利技術增力機構的作用，隨著氣缸活塞桿不斷伸長，由于二力桿與串聯柔性鉸鏈的夾角不斷增大，使串聯柔性鉸鏈彎曲的分力不斷增加，串聯柔性鉸鏈越易彎曲；串聯柔性鉸鏈的變形量越大，變形量的單位增量所需的氣缸內壓強增量越小，亦即柔性手指的彎曲角度-氣壓的曲線斜率越來越大。(4)尤其是串聯柔性鉸鏈受到的拉應力隨氣缸內腔壓強增大而減少，可在滿足強度要求的同時減小串聯柔性鉸鏈最小截面面積，而減小串聯柔性鉸鏈最小截面積的同時又易于使串聯柔性鉸鏈大變形，減小了氣缸輸出力使串聯柔性鉸鏈變形的作用力，從而增加了柔性關節輸出的抓取力。附圖說明:圖1為矩形手掌的柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪的A-A剖視2為矩形手掌的柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪的俯視3為六邊形手掌的柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪的B-B剖視4為六邊形手掌的柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪的俯視5為柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪的柔性手指的主視圖具體實施方式:下面為本專利技術 的工作原理及工作過程:如圖1、2所示，根據長形、矩形的復雜對象，實驗研究和理論分析后，調節二力桿(左螺紋鉸鏈桿7a、螺紋套8a、右螺紋鉸鏈桿8a組成)的長度，再調整壓板5a和鉸鏈支座6a固定在串聯柔性鉸鏈4a下端的位置。串聯柔性鉸鏈4a承受氣缸驅動而產生大變形，壓板5a和鉸鏈支座6a夾緊的串聯柔性鉸鏈4a最下端是曲面段，復雜對象的抓取就在串聯柔性鉸鏈4a的曲面段。如圖3、4所示，圓形、短圓柱形的復雜對象，同樣按照上述步驟，實驗研究和理論分析后進行調節。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利技術涉及柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪，其特征是：一個柔性手指(1)被安裝在矩形手掌(2)的左側對稱中心處，另外二個柔性手指(1)分別被安裝矩形手掌(2)右側對稱中心的兩側，這是一種結構形式；或者三個柔性手指(1)分別被安裝在六邊形手掌(3)的三個對應邊處，這是另一種結構形式。

【技術特征摘要】
1.本發明涉及柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪，其特征是:一個柔性手指(I)被安裝在矩形手掌(2)的左側對稱中心處，另外二個柔性手指(I)分別被安裝矩形手掌(2)右側對稱中心的兩側，這是一種結構形式；或者三個柔性手指(I)分別被安裝在六邊形手掌(3)的三個對應邊處，這是另一種結構形式。2.根據權利要求1所述的柔性手指，其特征是:內導向氣缸(Ia)的前端法蘭用內六角螺栓固定在直角板(3a)上，活塞桿鉸鏈座(IOa)螺紋安裝在內導向氣缸(Ia)的活塞桿端部、并用螺母旋緊防松；指根板(2a)被螺釘固定在矩形手掌(2)或六邊...

【專利技術屬性】
技術研發人員：章軍，朱飛成，王芳，張秋菊，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：