一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機械手爪，具體的說，是涉及一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的柔性機械手爪。
【背景技術(shù)】
[0002]機械手爪能夠模仿人手和臂膀的某些功能和動作，按照預(yù)設(shè)程序抓取物品及搬運物件，是一種自動化操作裝置。它可取代人工操作進行危險或繁重作業(yè)，保證人身安全，實現(xiàn)生產(chǎn)機械化和自動化，故而被廣泛應(yīng)用于機械制造、輕工業(yè)、電子、冶金和原子能等領(lǐng)域中。
[0003]目前，常見的機械手爪呈剛性結(jié)構(gòu)且具有較為復(fù)雜的構(gòu)型，當(dāng)所抓取物品形狀較固定、外表較堅硬時，此類機械手爪可按預(yù)先設(shè)定的力抓取物品。然而，當(dāng)抓取的物品易碎、易變形或形狀不固定時，這種剛性結(jié)構(gòu)或構(gòu)型復(fù)雜的機械手爪容易對所抓取物品造成不必要的損傷及破壞，或難以適應(yīng)復(fù)雜外形物體。如，公開號為CN102785251A的專利申請中所述機械手爪的手指為剛性體，限制了手爪的自適應(yīng)能力和運動靈活性；公開號為CN102416624A的專利申請描述了一種柔性自適應(yīng)欠驅(qū)動機械手爪，但其骨架和手指構(gòu)型限制了手爪適應(yīng)各種復(fù)雜外形物品的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有機械手爪不能滿足復(fù)雜多變的抓取要求的技術(shù)問題，提供一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪，靈活性高，對復(fù)雜外形物體適應(yīng)性強。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0006]一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪，其特征在于，包括驅(qū)動平臺、導(dǎo)向定位平臺、四根被動手指和四個主動支鏈，所述主動支鏈將所述驅(qū)動平臺、所述導(dǎo)向定位平臺、所述被動手指連接；
[0007]所述驅(qū)動平臺由中心對稱的十字交叉桿和垂直于所述十字交叉桿的圓柱形桿構(gòu)成，所述圓柱形桿固定連接于所述十字交叉桿的對稱中心；所述驅(qū)動平臺能夠在電機驅(qū)動下繞圓柱形桿軸線進行轉(zhuǎn)動；
[0008]所述導(dǎo)向定位平臺為中心對稱的十字桿結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動平臺的所述圓柱形桿垂直穿過所述十字桿結(jié)構(gòu)的對稱中心；
[0009]四個所述主動支鏈完全相同，每個所述主動支鏈由驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副、連桿、手指固定架轉(zhuǎn)動副、手指固定架和導(dǎo)向定位平臺圓柱副構(gòu)成；所述驅(qū)動平臺的十字交叉桿端部通過所述驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副與所述連桿的一端連接，所述連桿的另一端通過所述手指固定架轉(zhuǎn)動副與所述手指固定架連接，所述手指固定架通過所述導(dǎo)向定位平臺圓柱副與所述導(dǎo)向定位平臺的十字桿結(jié)構(gòu)端部連接，所述手指固定架的下表面固定連接于所述被動手指的第一橫梁板；
[0010]所述驅(qū)動平臺的圓柱形桿軸線、所述驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線、所述手指固定架轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相互平行；
[0011]四根所述被動手指完全相同，每根被動手指由三個橫梁板、三個外側(cè)板、三個內(nèi)側(cè)板、三個連接橫梁板與外側(cè)板的彈簧、七個板轉(zhuǎn)動副以及六個彈簧轉(zhuǎn)動副組成；三個所述橫梁板包括第一橫梁板、第二橫梁板、第三橫梁板；三個所述外側(cè)板包括第一外側(cè)板、第二外側(cè)板和第三外側(cè)板；三個所述內(nèi)側(cè)板包括第一內(nèi)側(cè)板、第二內(nèi)側(cè)板和第三內(nèi)側(cè)板；三個所述彈簧包括第一彈簧、第二彈簧和第三彈簧；所述橫梁板、所述外側(cè)板、所述內(nèi)側(cè)板之間通過所述板轉(zhuǎn)動副連接，七個所述板轉(zhuǎn)動副包括第一板轉(zhuǎn)動副、第二板轉(zhuǎn)動副、第三板轉(zhuǎn)動畐IJ、第四板轉(zhuǎn)動副、第五板轉(zhuǎn)動副、第六板轉(zhuǎn)動副和第七板轉(zhuǎn)動副；所述彈簧兩端分別通過所述彈簧轉(zhuǎn)動副分別與所述橫梁板與所述外側(cè)板連接，六個所述彈簧轉(zhuǎn)動副包括第一彈簧轉(zhuǎn)動副、第二彈簧轉(zhuǎn)動副、第三彈簧轉(zhuǎn)動副、第四彈簧轉(zhuǎn)動副、第五彈簧轉(zhuǎn)動副和第六彈簧轉(zhuǎn)動副；
[0012]所有所述板轉(zhuǎn)動副的軸線與所有所述彈簧轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行；所述彈簧的軸線位于所述被動手指的中心面內(nèi)；
[0013]所述第一橫梁板的一端通過所述第一板轉(zhuǎn)動副與所述第一外側(cè)板的頂端連接，所述第一橫梁板的另一端通過所述第二板轉(zhuǎn)動副與所述第一內(nèi)側(cè)板的頂端連接；所述第二橫梁板的一端通過所述第三板轉(zhuǎn)動副同時與所述第一外側(cè)板的底端和所述第二外側(cè)板的頂端連接，所述第二橫梁板的另一端通過所述第四板轉(zhuǎn)動副同時與所述第一內(nèi)側(cè)板的底端和所述第二內(nèi)側(cè)板的頂端連接；所述第三橫梁板的一端通過所述第五板轉(zhuǎn)動副同時與所述第二外側(cè)板的底端和所述第三外側(cè)板的頂端連接，所述第三橫梁板的另一端通過所述第六板轉(zhuǎn)動副同時與所述第二內(nèi)側(cè)板的底端和所述第三內(nèi)側(cè)板的頂端連接；所述第三外側(cè)板的底端和所述第三內(nèi)側(cè)板的底端通過所述第七板轉(zhuǎn)動副連接；
[0014]所述第一彈簧的一端通過所述第一彈簧轉(zhuǎn)動副與所述第一橫梁板連接，另一端通過所述第二彈簧轉(zhuǎn)動副與所述第一外側(cè)板連接；所述第二彈簧的一端通過所述第三彈簧轉(zhuǎn)動副與所述第二橫梁板連接，另一端通過所述第四彈簧轉(zhuǎn)動副與所述第二外側(cè)板連接；所述第三彈簧的一端通過所述第五彈簧轉(zhuǎn)動副與所述第三橫梁板連接，另一端通過所述第六彈簧轉(zhuǎn)動副與所述第三外側(cè)板連接。
[0015]所述手指固定架的下表面與所述被動手指的第一橫梁板頂面鑲嵌連接。
[0016]所述內(nèi)側(cè)板為柔性材料制成的柔性板。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本發(fā)明的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的柔性仿生機械手爪，其機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，減少了大量生產(chǎn)制作成本；僅需單一驅(qū)動，免去了復(fù)雜的控制算法帶來的諸多難題，便于控制與設(shè)計；可實現(xiàn)對復(fù)雜外形物品的被動柔性面包絡(luò)，抓取穩(wěn)定性高；應(yīng)用靈活性強，可廣泛應(yīng)用于機械制造、輕工業(yè)、醫(yī)療等要求被動柔性包絡(luò)外形復(fù)雜、易碎物品的場合。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪的主視圖；
[0021]圖3是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪的俯視圖；
[0022]圖4是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪中第一被動手指的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1、主動支鏈；2、被動手指；3、導(dǎo)向定位平臺；4、驅(qū)動平臺；5、手指固定架；
6、手指固定架轉(zhuǎn)動副；7、導(dǎo)向定位平臺圓柱副；8、連桿；9、驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副；10、圓柱形桿；
11、十字交叉桿；
[0024]12、外側(cè)板:第一外側(cè)板A、第二外側(cè)板B和第三外側(cè)板C ；
[0025]13、彈簧轉(zhuǎn)動副:第一彈簧轉(zhuǎn)動副O(jiān)L、第二彈簧轉(zhuǎn)動副O(jiān)A、第三彈簧轉(zhuǎn)動副PM、第四彈簧轉(zhuǎn)動副PB、第五彈簧轉(zhuǎn)動副QN和第六彈簧轉(zhuǎn)動副QC ;
[0026]14、彈簧:第一彈簧O、第二彈簧P和第三彈簧Q ;
[0027]15、橫梁板:第一橫梁板L、第二橫梁板M、第三橫梁板N ；
[0028]16、內(nèi)側(cè)板:第一內(nèi)側(cè)板a、第二內(nèi)側(cè)板b和第三內(nèi)側(cè)板c ；
[0029]17、板轉(zhuǎn)動副:第一板轉(zhuǎn)動副LA、第二板轉(zhuǎn)動副La、第三板轉(zhuǎn)動副MB、第四板轉(zhuǎn)動副Mb、第五板轉(zhuǎn)動副NC、第六板轉(zhuǎn)動副Ne和第七板轉(zhuǎn)動副Ce。
【具體實施方式】
[0030]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0031]如圖1至圖3所示，本實施例提供了一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性仿生機械手爪，主要由可變手掌和四根被動手指2構(gòu)成。可變手掌包括驅(qū)動平臺4、導(dǎo)向定位平臺3和四個主動支鏈1，四個主動支鏈I將驅(qū)動平臺4、導(dǎo)向定位平臺3和四根被動手指2連接。
[0032]驅(qū)動平臺4由十字交叉桿11和圓柱形桿10構(gòu)成；十字交叉桿11中心對稱，由兩根直桿相互垂直連接構(gòu)成；圓柱形桿10與十字交叉桿11所在的平面垂直，其一端固定連接于十字交叉桿11的對稱中心。圓柱形桿10與電機連接，能夠在電機驅(qū)動下帶動十字交叉桿11 一同繞圓柱形桿10軸線aa進行轉(zhuǎn)動。
[0033]導(dǎo)向定位平臺3為設(shè)置有中心孔的十字桿結(jié)構(gòu)，也為中心對稱。驅(qū)動平臺4的圓柱形桿10與導(dǎo)向定位平臺3所在的平面垂直，并穿過導(dǎo)向定位平臺3十字桿結(jié)構(gòu)的中心孔，這種布置方式使整體結(jié)構(gòu)較為緊湊。通過導(dǎo)向定位平臺3的對稱中心且與其所在平面相垂直的線稱為導(dǎo)向定位平臺3的軸線bb，導(dǎo)向定位平臺3的軸線bb與驅(qū)動平臺4的圓柱形桿10軸線aa重合。
[0034]四個主動支鏈I的結(jié)構(gòu)完全相同，并且以以驅(qū)動平臺4的圓柱形桿10軸線aa為中心在空間上均勻分布，相鄰兩個主動支鏈I的夾角均為90°。
[0035]每個主動支鏈I均由驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副9、連桿8、手指固定架轉(zhuǎn)動副6、手指固定架5和導(dǎo)向定位平臺圓柱副7構(gòu)成；其中手指固定架5包括橫板和垂直固定于橫板上表面的豎板。
[0036]驅(qū)動平臺4的十字交叉桿11端部通過驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副9與連桿8的一端連接，連桿8的另一端通過手指固定架轉(zhuǎn)動副6與手指固定架5的豎板連接。手指固定架5的豎板通過導(dǎo)向定位平臺圓柱副7與導(dǎo)向定位平臺3的十字桿結(jié)構(gòu)端部連接，這里導(dǎo)向定位平臺圓柱副7因有手指固定架轉(zhuǎn)動副6的約束而僅起到一個移動副的作用。其中，驅(qū)動平臺4的圓柱形桿10軸線aa、驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副9的轉(zhuǎn)動軸線Ce、手指固定架轉(zhuǎn)動副6的轉(zhuǎn)動軸線dd兩兩之間相互平行。
[0037]手指固定架5的橫板下表面與其相應(yīng)的被動手指2鑲嵌連接，具體為手指固定架5的橫板下表面設(shè)置有凹槽結(jié)構(gòu)，被動手指2的第一橫梁板L頂面設(shè)置有相匹配的凸起結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)和凸起結(jié)構(gòu)鑲嵌連接，以使手指固定架5與其相應(yīng)的被動手指2固定，這種連接方式便于被動手指2的安裝與拆卸。
[0038]四根被動手指2結(jié)構(gòu)完全相同，并且以驅(qū)動平臺4的圓柱形桿10軸線aa為中心在空間上均勻分布，相鄰兩根被動手指2的夾