一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性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)的可變手掌型柔性機械手爪，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；
[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]所述被動手指由柔性輪廓、剛性桿和轉(zhuǎn)動副構(gòu)成；所述柔性輪廓由內(nèi)側(cè)面部分、外側(cè)面部分和頂面部分圍成一體，所述內(nèi)側(cè)面部分和所述外側(cè)面部分的頂部分別連接于頂面部分的兩側(cè)、底部相互連接；多組與所述手指固定板平行的剛性桿間隔設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)面部分和所述外側(cè)面部分之間，每組所述剛性桿以所述柔性輪廓的中心面為對稱面對稱布置，每個所述剛性桿的兩端分別通過轉(zhuǎn)動副與所述內(nèi)側(cè)面部分和所述外側(cè)面部分連接。
[0012]所述手指固定架的下表面與所述被動手指的柔性輪廓的頂面部分鑲嵌連接。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的柔性機械手爪，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】
[0015]圖1是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性機械手爪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性機械手爪的主視圖；
[0017]圖3是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性機械手爪的俯視圖；
[0018]圖4是本發(fā)明所提供的可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性機械手爪中第一被動手指的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、第一被動手指；2、第一主動支鏈；3、第二被動手指；4、第二主動支鏈；5、導(dǎo)向定位平臺；6、驅(qū)動平臺；7、第三被動手指；8、第三主動支鏈；9、第四被動手指；10、第四主動支鏈；11、第一手指固定架；12、第一手指固定架轉(zhuǎn)動副；13、第一導(dǎo)向定位平臺圓柱副；14、第一連桿；15、第一驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副；16、圓柱形桿；17、十字交叉桿；18、剛性桿；19、轉(zhuǎn)動副；20、第一柔性輪廓。
【具體實施方式】
[0020]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(xì)說明如下:
[0021]實施例1
[0022]本實施例提供了一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性機械手爪，主要包括驅(qū)動平臺、導(dǎo)向定位平臺、四根被動手指和四個主動支鏈，四個主動支鏈將驅(qū)動平臺、導(dǎo)向定位平臺和四根被動手指連接。
[0023]驅(qū)動平臺由中心對稱的十字交叉桿和垂直于十字交叉桿的圓柱形桿構(gòu)成，圓柱形桿固定連接于十字交叉桿的對稱中心。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。
[0024]導(dǎo)向定位平臺為中心對稱的十字桿結(jié)構(gòu)，驅(qū)動平臺的圓柱形桿垂直穿過該十字桿結(jié)構(gòu)的對稱中心。
[0025]四個主動支鏈結(jié)構(gòu)完全相同，并且以驅(qū)動平臺的圓柱形桿軸線為中心在空間上均勻分布，相鄰兩個主動支鏈的夾角均為90°。
[0026]每個主動支鏈由驅(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。驅(qū)動平臺的十字交叉桿端部通過驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副與連桿的一端連接，連桿的另一端通過手指固定架轉(zhuǎn)動副與手指固定架連接，手指固定架通過導(dǎo)向定位平臺圓柱副與導(dǎo)向定位平臺的十字桿結(jié)構(gòu)端部連接，手指固定架的下表面固定連接于被動手指。其中，驅(qū)動平臺的圓柱形桿軸線、驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線、手指固定架轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相互平行。
[0027]四根被動手指結(jié)構(gòu)完全相同，并且以驅(qū)動平臺的圓柱形桿軸線為中心在空間上均勻分布，相鄰兩根被動手指的夾角均為90°。這樣，四根被動手指結(jié)構(gòu)在四個主動支鏈的帶動下在與被抓取物體接觸時會產(chǎn)生相似的運動，從而實現(xiàn)對物體的三維空間抓取。
[0028]每根被動手指均由一個柔性輪廓、η個剛性桿和2η個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成；η個剛性桿設(shè)置在柔性輪廓內(nèi)部，每個剛性桿的兩端分別通過轉(zhuǎn)動副與柔性輪廓連接。
[0029]具體地，柔性輪廓由柔性材料制成，如尼龍，ABS，PE塑料等。柔性輪廓為一體結(jié)構(gòu)，由內(nèi)側(cè)面部分、外側(cè)面部分和頂面部分圍成。內(nèi)側(cè)面部分和外側(cè)面部分的頂部分別連接于頂面部分的兩側(cè)，內(nèi)側(cè)面部分和外側(cè)面部分的底部相互連接；可見內(nèi)側(cè)面部分和外側(cè)面部分的間距由被動手指的指根部向指尖部逐漸縮小，從而便于實現(xiàn)對物體的包絡(luò)。η個剛性桿分成m組，m組剛性桿間隔的排布在被動手指的指根部到指尖部的長度方向，且各組剛性桿之間相互平行設(shè)置；而每組又包括n/m個在被動手指的寬度方向間隔設(shè)置的剛性桿，每組的n/m個剛性桿也相互平行，同時以柔性輪廓的中心面為對稱面對稱布置。在被動手指不受力的狀態(tài)下，所有的剛性桿均與手指固定架下表面相平行，且手指固定架下表面與被動手指的柔性輪廓中心面相垂直。每根剛性桿的兩端分別通過轉(zhuǎn)動副與柔性輪廓的內(nèi)側(cè)面部分和外側(cè)面部分連接。這樣，當(dāng)柔性輪廓的內(nèi)側(cè)面部分與物體接觸時，在接觸力和驅(qū)動力的作用下剛性桿繞兩端轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動，使得柔性輪廓的外側(cè)面部分完成與內(nèi)側(cè)面部分相似的運動，實現(xiàn)對物體的包絡(luò)，同時因每組的n/m個剛性桿對稱布置，該種包絡(luò)為面包絡(luò)。
[0030]本發(fā)明的一種可實現(xiàn)被動包絡(luò)的可變手掌型柔性機械手爪由驅(qū)動平臺、導(dǎo)向定位平臺、四根被動手指和四個主動支鏈構(gòu)成，驅(qū)動平臺、導(dǎo)向定位平臺和四個主動支鏈在電機驅(qū)動下進行收縮或擴張運動，使四根被動手指靠近或遠(yuǎn)離物體，四根被動手指的組合能實現(xiàn)對復(fù)雜外形物體的柔性面包絡(luò)，該柔性面包絡(luò)屬于被動包絡(luò)，可根據(jù)物體外形調(diào)整包絡(luò)姿態(tài)，對復(fù)雜外形物體的適應(yīng)度高，破壞性小，且只需單一驅(qū)動，具有極大地應(yīng)用靈活性。
[0031]實施例2
[0032]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)的可變手掌型柔性機械手爪，主要由可變手掌和四根被動手指構(gòu)成?？勺兪终瓢?qū)動平臺6、導(dǎo)向定位平臺5、第一主動支鏈2、第二主動支鏈4、第三主動支鏈8和第四主動支鏈10。四根被動手指包括第一被動手指1、第二被動手指3、第三被動手指7和第四被動手指9。
[0033]驅(qū)動平臺6由十字交叉桿17和圓柱形桿16構(gòu)成；十字交叉桿17中心對稱，由兩根直桿相互垂直連接構(gòu)成；圓柱形桿16與十字交叉桿17所在的平面垂直，其一端固定連接于十字交叉桿17的對稱中心。圓柱形桿16與電機連接，能夠在電機驅(qū)動下帶動十字交叉桿17 —同繞圓柱形桿16的軸線aa進行轉(zhuǎn)動。
[0034]導(dǎo)向定位平臺5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6的圓柱形桿16與導(dǎo)向定位平臺5所在的平面垂直，并穿過