專利名稱：一種機器人用軟指移物機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機器人的技術領域，尤其是一種機器人用軟指移物機構。
背景技術：
機械手的研究一直以來是機器人研究的重點，機械手類型繁多，但仿型手一直是機器人機械手研究的主要方向，機械手的研究多是通過仿形研究，希望能和人手一樣，通過多自由度的關節(jié)運動設計來達到有較強的抓取物體能力的目的。但因仿形手設計中涉及的關節(jié)設計復雜、手指運動控制難度高，因為手指控制的機械特性，抓取異性面適應能力低。制造成本較高，制作難度和要求也較高。我們試圖對運動手指抓取物體的機理進行分析，結合美國科學家關于“多功能鉗子”功能的機械手臂的設計原理，希望能通過手指結構簡化、以柔克剛的模式來設置一款機械手，使機械手通過塑性變形和摩擦來達到對不同異性面的適應和抓取目的。使得機器人研究和應用領域不斷發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的動作實現(xiàn)方式，改變機械手設計方法的思路?；诖耍绻苡幸豢罱Y構簡單，控制方便，能像人手一樣適應異型面物體抓取的機械手，能很好的彌補現(xiàn)有機械手設計中的不足，也是現(xiàn)有機械手結構類型的豐富。美國科學家關于“多功能鉗子”功能的機械手臂的設計原理，該款機械手臂能利用橡膠表面具有的特殊的吸附能力來夾鉗物體，但該款機械手也表現(xiàn)出了諸多問題，如對橡膠套材料要求高，內部填充物要求高，以及抓取物體質量輕等特點。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述技術現(xiàn)狀，而提供一種能依靠乳膠套負壓來控制的夾緊力和摩擦力，實現(xiàn)物體的抓取、通過氣缸裝置實現(xiàn)機械手上升和下降的機器人用軟指移物機構。本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為一種機器人用軟指移物機構，其中，包括有軟指裝置和氣缸裝置，軟指裝置包括有軟指以及用于對軟指抽真空的抽真空裝置，軟指為內置硬質顆粒的乳膠套，氣缸裝置包括有氣缸及用于壓縮氣缸的氣缸電機，氣缸伸出有伸縮軸與軟指裝置連接。為優(yōu)化上述技術方案，采取的具體措施還包括上述的軟指上部設有用于保護軟指的護殼。上述的氣缸裝置上端通過滑銷24與動作機構鉸接配合。上述的軟指包括有密封接口，抽真空裝置設于該密封接口處。上述的硬質顆粒粒徑為Imm至5mm。上述的硬質顆粒粒徑為2mm。上述的乳膠套厚度為0. 5mm至4mm。上述的乳膠套厚度為4mm。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的一種機器人用軟指移物機構，其中，包括有軟指裝置和氣缸裝置，軟指裝置包括有軟指以及用于對軟指抽真空的抽真空裝置，軟指為內置硬質顆粒的乳膠套，氣缸裝置包括有氣缸及用于壓縮氣缸的氣缸電機，氣缸伸出有伸縮軸與軟指裝置連接，伸縮軸在氣缸推動下能上下運動，氣缸裝置保持鉛垂狀態(tài)。機器人用軟指移物機構主要實現(xiàn)異型面物體的抓取、升降和移動，可以適應不同形狀表面物體的抓取，而且對被抓取物體表面不產(chǎn)生擠壓傷害，通過氣缸裝置實現(xiàn)機械手上升和下降。當機器人抓取物體時，伸縮軸在氣缸推動下向下運動，使軟指壓在物體上，然后抽真空裝置開始運作，對軟指內部抽真空，收縮的軟指貼在物體上，因為軟指內包裹有硬質顆粒，這些硬質顆粒使軟指與被抓物體之間形成凹凸不平的貼面，增加摩擦力，抽真空完畢后，軟指已經(jīng)抓牢物品，伸縮軸在氣缸推動下向上運動，將物品抓起。

圖1是本實用新型實施例的結構示意圖；圖2是圖1使用狀態(tài)圖；圖3是圖2的左視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細描述。圖1至圖3所示為本實用新型的結構示意圖。其中的附圖標記為軟指裝置1、軟指11、氣缸裝置2、氣缸21、氣缸電機22、伸縮軸23、滑銷24、護殼3。如圖1至圖3所示，本實用新型的一種機器人用軟指移物機構，其中，包括有軟指裝置I和氣缸裝置2，軟指裝置I包括有軟指11以及用于對軟指11抽真空的抽真空裝置，軟指11為內置硬質顆粒的乳膠套，氣缸裝置2包括有氣缸21及用于壓縮氣缸21的氣缸電機22，氣缸21伸出有伸縮軸23與軟指裝置I連接，伸縮軸23在氣缸21推動下能上下運動，氣缸裝置2保持鉛垂狀態(tài)。實施例中，軟指11上部設有用于保護軟指11的護殼3。實施例中，氣缸裝置2上端通過滑銷24與動作機構鉸接配合。實施例中，軟指11包括有密封接口，抽真空裝置設于該密封接口處。實施例中，硬質顆粒粒徑為Imm至5mm。實施例中，硬質顆粒粒徑為2mm。實施例中，乳膠套厚度為0.5mm至4mm。實施例中，乳膠套厚度為4mm。機器人用軟指移物機構主要實現(xiàn)異型面物體的抓取、升降和移動?？梢赃m應不同形狀表面物體的抓取，而且對被抓取物體表面不產(chǎn)生擠壓傷害。利用全向輪三自由度移動系統(tǒng)實現(xiàn)對機器人的行動控制，使機器人按要求平穩(wěn)的移動到指定位置。軟指設計原理人的手指抓物體時，是利用手指關節(jié)的靈活性，依靠手指對物體表面擠壓而產(chǎn)生的摩擦力抓住物體的。在手指擠壓力不變的狀態(tài)下，物體與手指接觸面的粗糙度越大，所能抓取的物體的重量也越大；反之所能抓取物品的重量也越小。如在生活中，人們如果在手指上擦上肥皂，抓物品時因摩擦力下降，抓取力也相應下降。根據(jù)這個原理我們設計了這個軟指，其基本工作原理將內部裝有適量細微硬質顆粒的乳膠套置放于物體上方，利用乳膠套的可塑性，使物體的突出部位嵌入乳膠套中，利用真空發(fā)生裝置，抽取內部空氣，使乳膠套處于固化狀態(tài)，乳膠套對物體突出部位表面產(chǎn)生擠壓，因乳膠套內部裝有細微硬質顆粒，在抽取真空后，在顆粒的擠壓下，乳膠套表面產(chǎn)生形狀不一的、不均勻的斑點，提高了物體與乳膠套之間的摩擦力，使物體被牢牢地擠壓在固化乳膠套中。該軟指在動作結構上與人的手指有極為相似的功能I)物體內部的細微硬質顆粒之間在正常狀態(tài)以下存在一定的間隙，在乳膠套中可以通過外力使其流動，實現(xiàn)了對應不同物體表面的適應能力，猶如人的手指可以通過關節(jié)的活動，使手指使用不同的物品表面一樣。2)手指在抓取物體時往往是以繃緊的狀態(tài)，使作用在物體表面上的力始終保持一定；軟指在抽取真空后，其內部細微顆粒也因擠壓而呈區(qū)域固化狀態(tài)，使得乳膠套與物體接觸部分緊緊包裹。3)手指能輕易抓取適量的物體是因為手指表面和物體表面均存在一定的粗糙度；軟指也是利用內部細微硬質顆粒對乳膠套表面產(chǎn)生擠壓，使得乳膠套表面產(chǎn)生相應的粗糙度，有助于乳膠套和被抓取物體之間產(chǎn)生足夠大的摩擦力。4)手指的靈活性是因為關節(jié)的自如活動，使手指對不同形狀的物體均有適應能力；軟指是通過乳膠套內部顆粒的流動性和乳膠套的可塑性，通過外力，使軟指適應不同形狀的物體表面。軟指結構軟指由乳膠套、細微硬質顆粒、真空發(fā)生裝置和密封接口等組成。選取適量細微顆粒放入乳膠套中，使乳膠套充分展開(不發(fā)生彈性變形)即可，用密封接口將乳膠套口密封，再將密封接口一端接入真空發(fā)生裝置。為保證軟指有抓取物體的能力，乳膠套和細微硬質顆粒必須達到一定要求乳膠套乳膠套在整個手指中起到關鍵性作用，內包裹顆粒、外包裹物體，對其材料的彈性、可塑性、韌性及強度要求極高，選取一定厚度的乳膠套，可適應具有尖銳棱角的物體表面。細微硬質顆粒細微硬質顆粒的流動性決定乳膠套能否自如可塑，故要求細微硬質顆粒的表面光滑，以減少顆粒之間的摩擦；因在工作時，顆粒因內部真空而互相擠壓，同時需要表面的顆粒對乳膠套產(chǎn)生擠壓，對顆粒的硬度也提出了一定要求；顆粒的大小也是決定軟指抓取能力的因素之一，如顆粒過大，會導致乳膠套變形，使抓取物體的能力下降，如顆粒過小，會影響乳膠套表面的粗糙度，因此，應根據(jù)抓取物體的大小和形狀來選取顆粒大小。實驗表明，抓取兒童玩具積木等小型物體時，選用直徑在2mm的顆粒會有很好的適應能力。氣缸的選擇氣缸在整個控制中起到帶動軟指對被抓取物體施加壓力的動作控制，氣缸一端與小臂相連，另一端與軟指相連。通過多次實物實驗得出，氣缸在工作中的速度控制、力度控制和穩(wěn)定性對物體抓取能力具有重要影響。通過實驗得出要讓機械手將所要抓取的物體包裹到一定程度，才能將物體夾起，所需要的推力大約為25kg選擇氣缸缸徑為25mm的單桿氣缸。工作原理將內部裝有適量細微硬質顆粒的乳膠套置放于物體上方，利用乳膠套的可塑性，使物體的突出部位嵌入乳膠套中，利用真空發(fā)生裝置，抽取內部空氣，使乳膠套處于固化狀態(tài)，乳膠套對物體突出部位表面產(chǎn)生擠壓，因乳膠套內部裝有細微硬質顆粒，在抽取真空后，在顆粒的擠壓下，乳膠套表面產(chǎn)生形狀不一的、不均勻的斑點，提高了物體與乳膠套之間的摩擦力，使物體被牢牢地擠壓在固化乳膠套中。利用全向輪三自由度移動系統(tǒng)控制機器人在平面內移動，使機器人穩(wěn)定到達指定位置，來抓取和移動物品。性能指標抓取物體有乳膠套完成，乳膠套在抓取物品使，由于受到外力擠壓，與被抓物品的擠壓面發(fā)生變形，接觸處的直徑變大，為保證抓取質量，直徑尺寸的變化一般在原始直徑的1. 8倍以內。所以，針對不同尺寸的軟指，其被抓物體接觸面尺寸有所限制，根據(jù)實驗表明，被抓物品表面尺寸保證在乳膠套原始尺寸的60%，抓取物體的效果良好。由于物體抓取是靠乳膠套和物體被抓取表面之間的摩擦力來實現(xiàn)的，根據(jù)實驗表明，要實現(xiàn)物體順利抓取，被抓取的物體質量在0. 5公斤以內。機器人用軟指移物機構可以應用與日常生活中，如玩具整理和收集、工具的抓取和移動以及作為其他家庭裝備的輔助裝置。本實用新型的最佳實施例已被闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本實用新型的范圍。
權利要求1.一種機器人用軟指移物機構，其特征是包括有軟指裝置(I)和氣缸裝置(2)，所述的軟指裝置(I)包括有軟指(11)以及用于對軟指(11)抽真空的抽真空裝置，所述的軟指(11)為內置硬質顆粒的乳膠套，所述的氣缸裝置(2)包括有氣缸(21)及用于壓縮氣缸(21)的氣缸電機(22)，所述的氣缸(21)伸出有伸縮軸(23)與軟指裝置⑴連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種機器人用軟指移物機構，其特征是所述的軟指(11)上部設有用于保護軟指(11)的護殼(3)。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種機器人用軟指移物機構，其特征是所述的氣缸裝置(2)上端通過滑銷(24)與動作機構鉸接配合。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種機器人用軟指移物機構，其特征是所述的軟指(11)包括有密封接口，所述的抽真空裝置設于該密封接口處。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種機器人用軟指移物機構，其特征是所述的硬質顆粒粒徑為Imm至5mm。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種機器人用軟指移物機構，其特征是所述的硬質顆粒粒徑為2mm。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種機器人用軟指移物機構，其特征是所述的乳膠套厚度為 0. 5mm 至 4mm。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種機器人用軟指移物機構，其特征是所述的乳膠套厚度為 4mm。
專利摘要本實用新型的一種機器人用軟指移物機構，其中，包括有軟指裝置和氣缸裝置，軟指裝置包括有軟指以及用于對軟指抽真空的抽真空裝置，軟指為內置硬質顆粒的乳膠套，氣缸裝置包括有氣缸及用于壓縮氣缸的氣缸電機，氣缸伸出有伸縮軸與軟指裝置連接，伸縮軸在氣缸推動下能上下運動，氣缸裝置保持鉛垂狀態(tài)。機器人用軟指移物機構主要實現(xiàn)異型面物體的抓取、升降和移動，可以適應不同形狀表面物體的抓取，而且對被抓取物體表面不產(chǎn)生擠壓傷害，通過氣缸裝置實現(xiàn)機械手上升和下降。
文檔編號B25J15/00GK202895237SQ20122064222
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權日2012年11月29日
發(fā)明者崔海, 陳罡, 沈博侃, 戚偉東, 葛文聰 申請人:浙江紡織服裝職業(yè)技術學院