串聯柔性鉸鏈的自鎖增力型柔順末端抓持器制造技術

本實用新型專利技術涉及串聯柔性鉸鏈的自鎖增力型柔順末端抓持器，末端抓持器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、一個直線導軌(亦可直線軸承)和一個串聯柔性鉸鏈組成；串聯柔性鉸鏈的構型參數和構型綜合根據被抓取對象的特點而優化設計出；靠氣缸驅動產生抓持力，此末端抓持器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。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術涉及串聯柔性鉸鏈的自鎖增力型柔順末端抓持器，末端抓持器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、一個直線導軌(亦可直線軸承)和一個串聯柔性鉸鏈組成；串聯柔性鉸鏈的構型參數和構型綜合根據被抓取對象的特點而優化設計出；靠氣缸驅動產生抓持力，此末端抓持器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?！緦＠f明】串聯柔性鉸鏈的自鎖增力型柔順末端抓持器
:本技術涉及串聯柔性鉸鏈的自鎖增力型柔順末端抓持器，末端抓持器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、一個直線導軌(亦可直線軸承)和一個串聯柔性鉸鏈組成；串聯柔性鉸鏈的構型參數和構型綜合根據被抓取對象的特點而優化設計出；靠氣缸驅動產生抓持力，此末端抓持器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，需要物流抓取末端抓持器。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。傳統工業末端抓持器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)。本技術末端抓持器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，本技術末端抓持器的特點是: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。本技術末端抓持器的關鍵部件是柔性手指，亦稱為柔性關節。本技術之前，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、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；②靠柔性鉸鏈的彈性作用，回復到初始伸直狀態；③驅動力作用于柔性鉸鏈骨架的方向不能調節，抓取物體的通用性不夠好；④柔性鉸鏈的受力狀態不好，人工肌肉輸出力相當部分作用于柔性鉸鏈、使之變形，從而減小了柔性關節輸出的抓取力，隨著柔性鉸鏈的變形角度越大，花費在柔性鉸鏈變形的力占比越大；⑤尤其受到的拉應力隨人工肌肉內腔壓強增大而增大，需要增大柔性鉸鏈截面面積才能滿足強度要求，而增大柔性鉸鏈截面積的同時又會使柔性鉸鏈角變形的難度增加，減小了柔性關節輸出的抓取力。
技術實現思路
:本技術克服了上述不足，本技術末端抓持器有三個柔性手指，每個柔性手指結構相同，柔性手指采用六桿機構，六桿分別是:驅動桿(內導向氣缸Ia的活塞桿和活塞桿鉸鏈座12a組成)、串聯柔性鉸鏈4a的三個桿(上桿、中桿、下桿和直線導軌滑槽5a組成的滑動桿)、長度可調的二力桿(左螺紋鉸鏈桿9a、螺紋套10a、右螺紋鉸鏈桿Ila組成)和與二力桿協調的初始位置可調的支座桿(直線導軌滑塊6a、鉸鏈支座7a組成)。驅動桿不是旋轉運動，而是內導向氣缸Ia活塞桿的直線運動。通過調節二力桿長度，可以設定二力桿與串聯柔性鉸鏈4a的初始夾角，二力桿越短、初始夾角越大，二力桿越長、初始夾角越?。辉摮跏冀嵌戎苯佑绊懘撊嵝糟q鏈4a的受力情況，繼而決定其彎曲效果；內導向氣缸Ia啟動時，隨著其活塞桿的伸長，直線導軌滑塊6a —方面沿導軌滑槽5a滑動，另一方面推動串聯柔性鉸鏈4a彎曲；直線導軌的存在使得串聯柔性鉸鏈4a不受拉應力，更容易彎曲；抓取段8a接觸到被抓物體后，直線導軌滑塊6a基本不動，二力桿與導軌滑槽5a的最終夾角逐漸變大。二力桿與串聯柔性鉸鏈4a的夾角越大，使串聯柔性鉸鏈4a產生彎曲的分力越大，增力效果越好。根據被抓取物體，優化設計結構尺寸、兩個扭彈簧彈性參數和預緊角，達到要求的抓持接觸力時，內導向氣缸Ia內氣壓達到系統壓力，二力桿與導軌滑槽5a的夾角不斷增大，最終夾角超過摩擦角，產生自鎖，內導向氣缸Ia不用蓄能保壓裝置，也能保持安全抓持狀態。本技術的主要解決方案是這樣實現的:如附圖1、2所示，本技術末端抓持器的一種結構:由三個柔性手指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分別被安裝在矩形手掌2右側對稱中心的兩側。如附圖3、4所示，本技術末端抓持器的另一種結構:由三個柔性手指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。三個對應邊的內切圓半徑較大，適合大直徑物體抓??；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，其結構是:內導向氣缸Ia的前端法蘭用內六角螺栓固定在斜角板3a上，活塞桿鉸鏈座12a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的上桿端被螺栓螺母固定在指根板2a和斜角板3a之間，串聯柔性鉸鏈4a的下桿端用螺栓螺母聯接直線導軌滑槽5a，直線導軌滑槽5a的另一端螺栓固定了抓取段8a，抓取段8a的前端是曲面，便于接觸被抓取物體；活塞桿鉸鏈座12a與右螺紋鉸鏈桿Ila之間是鉸鏈聯接，鉸鏈支座7a與左螺紋鉸鏈桿9a之間鉸鏈聯接，左螺紋鉸鏈桿9a和右螺紋鉸鏈桿Ila均旋在螺紋套IOa內、并用螺母旋緊防松；順、逆時針旋轉螺紋套10a，可使左螺紋鉸鏈桿9a和右螺紋鉸鏈桿Ila之間的距離增加或縮短，鉸鏈支座7a用螺釘固定在直線導軌滑塊6a上。本技術與已有技術相比具有以下優點:(I)柔性手指采用內導向氣缸Ia代替橡膠波紋管氣動人工肌肉驅動器，承受的氣體壓強大，驅動力大、產生的抓取力大；靠內導向氣缸Ia活塞桿反向作用，而不靠扭彈簧作用，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，再調節二力桿與串聯柔性鉸鏈4a上桿的初始夾角和直線導軌滑塊6a在導軌滑槽5a上的初始位置，這樣既保證了柔性自適應地可靠抓取、又不會損壞被抓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
串聯柔性鉸鏈的自鎖增力型柔順末端抓持器，其特征是：內導向氣缸(1a)的前端法蘭用內六角螺栓固定在斜角板(3a)上，活塞桿鉸鏈座(12a)螺紋安裝在內導向氣缸(1a)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)的上桿端被螺栓螺母固定在指根板(2a)和斜角板(3a)之間，串聯柔性鉸鏈(4a)的下桿端用螺栓螺母聯接直線導軌滑槽(5a)，直線導軌滑槽(5a)的另一端螺栓固定了抓取段(8a)，抓取段(8a)的前端是曲面，便于接觸被抓取物體；活塞桿鉸鏈座(12a)與右螺紋鉸鏈桿(11a)之間是鉸鏈聯接，鉸鏈支座(7a)與左螺紋鉸鏈桿(9a)之間鉸鏈聯接，左螺紋鉸鏈桿(9a)和右螺紋鉸鏈桿(11a)均旋在螺紋套(10a)內、并用螺母旋緊防松；順、逆時針旋轉螺紋套(10a)，可使左螺紋鉸鏈桿(9a)和右螺紋鉸鏈桿(11a)之間的距離增加或縮短，鉸鏈支座(7a)用螺釘固定在直線導軌滑塊(6a)上；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)分別被安裝在矩形手掌(2)右側對稱中心的兩側，這是一種結構形式；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】

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