流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人手是機器人操作使用的重要終端，機器人利用其手爪抓取物體或操縱(如移動、轉(zhuǎn)動)物體。機器人的手可以模仿人手的動作原理來制造，這種模仿人手的機器人手已經(jīng)被開發(fā)出來，一般具有多個手指，每個手指具有多個關(guān)節(jié)，這種手也稱為擬人機器人手或多指機器人手。
[0003]多指機器人手又分為靈巧手和欠驅(qū)動手兩大類，兩類并不互相獨立，前者是指具有3個以上手指和9個以上自由度的多指手，后者是指手上的驅(qū)動器數(shù)目少于關(guān)節(jié)自由度數(shù)目。
[0004]靈巧手非常先進，集成度很高，傳感和控制系統(tǒng)復(fù)雜，具有較多的獨立控制的關(guān)節(jié)自由度，能夠靈巧的控制多個關(guān)節(jié)，完成不同的手勢動作，能夠主動地抓取物體。這方面部分典型代表包括:美國宇航局開發(fā)的Robonaut R2手，日本東京大學開發(fā)的三指快速機器人手，中國哈爾濱工業(yè)大學和德國宇航中心(DLR)聯(lián)合研制的HIT-DLR-1I手，英國Shadow公司研制的S h a d ο w手……。但是，靈巧手在抓取控制上也帶來非常繁瑣的計算，實時控制要求尚，制造和維護成本昂貴。
[0005]欠驅(qū)動手介于普通工業(yè)夾持器與靈巧手之間，是一種智能機械，抓取上采用機械的方式達到較少的驅(qū)動器驅(qū)動較多的關(guān)節(jié)自由度，而且能夠自動適應(yīng)抓取不同形狀和尺寸的物體，傳感和控制的需求少，近年來得到了較多的研究。已經(jīng)有一些欠驅(qū)動手被開發(fā)出來，例如加拿大Laval大學、Robotiq公司、意大利Prensi Iia公司、荷蘭De Ift大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天大學、上海交通大學、華中科技大學和中科院合肥智能機械研究所等機構(gòu)都研究和開發(fā)了欠驅(qū)動機器人手。但是欠驅(qū)動手仍然是多指手，手指與物體的接觸點局限在各指段表面，由于手指數(shù)量有限，每個手指上的指段數(shù)量有限，因此，無法做到更多的接觸點，無法達到更多方向的自適應(yīng)，抓取物體的自適應(yīng)性和抓取范圍受到較大的限制，抓取的穩(wěn)定性還有待進一步提尚。
[0006]此外，在外觀不模仿人手的特種機器人手方面，大量的工業(yè)應(yīng)用采用吸盤、磁鐵或靜電吸附等方式抓取和操作物體。美國康奈爾大學研制了一種通用夾持器(美國發(fā)明專利US20130106127A1)，采用內(nèi)盛大量小尺寸顆粒材料和氣體的可變形膜皮去被動適應(yīng)物體形狀，并利用負壓的方式抽氣，大量顆粒材料滯留其中產(chǎn)生阻塞硬化，達到抓取不同形狀尺寸物體的目的。該夾持器的不足之處在于:I)必須依靠外界環(huán)境給予物體的反作用力來達到膜皮的變形，不能拾取沒有反作用面的物體(例如空中吊著的一個蘋果)，該夾持器難以抓取。2)采用了大量的顆粒材料，顆粒材料的多少影響著抓取的效果，顆粒材料的磨損需要一定時間后更換。3)采用抽氣的方式，需要較大功率的氣源，噪音大、能耗高、整個系統(tǒng)體積龐大，要有一段抽氣的時間，將幾乎所有的氣都抽完才算抓取完成，抓取不快速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，該裝置用于抓取物體，可以自動適應(yīng)物體的形狀、尺寸;能夠?qū)崿F(xiàn)多個方向?qū)ξ矬w的適應(yīng)，獲得多維自適應(yīng)效果，抓取穩(wěn)定性高；該裝置可以采用被動方式變形抓取物體，也可以主動變形去抓取物體，既可以適應(yīng)有反作用面物體的抓取，也可以適應(yīng)無反作用面的物體的抓取，抓取范圍大;該裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制容易。
[0008]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明所述的一種流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:包括基座、第一驅(qū)動器、傳動機構(gòu)、活塞、拉膜件、第一簧件、膜皮和流體;所述基座包括基座套筒;所述第一驅(qū)動器與基座固接，所述第一驅(qū)動器的輸出軸與傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機構(gòu)的輸出端與活塞相連，所述活塞滑動鑲嵌在基座套筒中；所述第一簧件的兩端分別連接拉膜件的一端和活塞;所述拉膜件的另一端與膜皮相連;所述膜皮為可變形材料制作的中空結(jié)構(gòu)，包括至少一個出口，所述膜皮的出口與基座套筒密封相連;所述流體密封在膜皮、基座套筒和活塞三者之間的密封空間中；所述拉膜件采用連桿、帶、鏈條或腱繩中的一種或多種的混合。
[0010]本發(fā)明所述的流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述膜皮的厚度不均勻，頂部中心區(qū)域的膜皮較薄，四周的膜皮較厚。
[0011 ]本發(fā)明所述的流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:還包括至少一個手指，所述手指包括手指基座、N個指段、N個關(guān)節(jié)軸、至少一個第二驅(qū)動器和至少一個第二傳動機構(gòu)，所述手指基座與所述基座固接，所述第一個指段通過第一個關(guān)節(jié)軸與手指基座相連，所述第i個指段通過第i個關(guān)節(jié)軸與第i_l個指段相連，所述第二驅(qū)動器通過第二傳動機構(gòu)與各個?節(jié)軸相連;所述手指位于膜皮的周圍，其中，N為自然數(shù)，i為2，3，……N。
[0012]本發(fā)明所述的流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述流體為水。
[0013]本發(fā)明所述的流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述拉膜件的一端與膜皮的中心區(qū)域相連。
[0014]本發(fā)明所述流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述第一驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸O
[0015]本發(fā)明所述的流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述第二驅(qū)動器米用電機、氣缸或液壓缸。
[0016]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動器、傳動機構(gòu)、流體、膜皮、活塞、拉膜件和簧件等綜合實現(xiàn)了多維自適應(yīng)和主被動混合式抓取功能，可以自動適應(yīng)抓取不同形狀形狀、尺寸的物體;能夠?qū)崿F(xiàn)多個方向?qū)ξ矬w的適應(yīng)，獲得多維自適應(yīng)效果，抓取穩(wěn)定性高;該裝置可以采用被動方式變形抓取物體，也可以主動變形去抓取物體，既可以適應(yīng)有反作用面物體的抓取，也可以適應(yīng)無反作用面的物體的抓取，抓取范圍大;該裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制容易。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明提供的流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置的一種實施例的剖視圖。
[0018]圖2是圖1所示實施例的立體外觀圖。
[0019]圖3是圖1所示實施例的正面外觀圖。
[0020]圖4是圖1所示實施例的手指的剖視圖(基座和第一指段部分剖視)。
[0021]圖5是圖1所示實施例抓取物體第一階段時的立體外觀圖(基座骨架未畫出)。
[0022]圖6是圖5的剖視圖，此時，采用活塞向下運動，通過拉膜件拉動膜皮變形來抓取物體。
[0023]圖7是圖1所示實施例抓取物體第二階段時的剖視圖，此時，不僅采用活塞向下運動，通過拉膜件拉動膜皮變形來抓取物體，而且還利用手指的彎曲來抓取物體。
[0024]在圖1至圖7中:
[0025]1-基座，11-基座套筒，12-基座外蓋板，13-基座骨架，
[0026]14-基座內(nèi)蓋板，2-第一驅(qū)動器(第一電機)，3-第一傳動機構(gòu)，31-第一減速器，
[0027]32-第一帶輪，33-第一傳動帶，34-第二帶輪，35-螺母，
[0028]36-絲杠，4-活塞，41-活塞密封圈，5-拉膜件，
[0029]51-連接件，52-第一簧件，6-手指，61-手指基座，
[0030]62-第一指段，63-第二指段，64-第一關(guān)節(jié)軸，65-第二關(guān)節(jié)軸，
[0031 ]66-第二驅(qū)動器(第二電機)，661-第二減速器，662-第三帶輪，663-第四帶輪，
[0032]664-第二傳動帶，67-第三傳動帶，671-第五帶輪，672-第六帶輪，
[0033]673-過渡軸，674-過渡輪，68-第二簧件，7_膜皮，
[0034]8-流體，9-物體。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。
[0036]本發(fā)明設(shè)計的流體驅(qū)動多維自適應(yīng)機器人手裝置的第一種實施例，如圖1所示，包括基座1、第一驅(qū)動器2、傳動機構(gòu)3、活塞4、拉膜件5、第一簧件52、膜皮7和流體8;所述基座I包括基座套筒11;所述第一驅(qū)動器2與基座I固接，所述第一驅(qū)動器2的輸出軸與傳動機構(gòu)3的輸入端相連，所述傳動機構(gòu)3的輸出端與活塞4相連，所述活塞4滑動鑲嵌在基座套筒11中；所述第一簧件52的兩端分別連接拉膜件5的一端和活塞4;所述拉膜件5的另一端與膜皮7相連;所述膜皮7為可變形材料制作的中空結(jié)構(gòu)，包括至少一個出口，所述膜皮7的出口與基座套筒11密封相連;所述流體8密封在膜皮7、基座套筒11和活