CN102601799A - 自适应于夹持对象外形的柔性机械手指 - Google Patents

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高国华
高岳旸
王皓
骆玉霞
董超
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Abstract

自适应于夹持对象外形的柔性机械手指，属于智能机器人技术领域。其包括：柔性外壁、多级刚性梁、手指底座、螺钉。手指外形为三角形，三角形除底边外两边均采用弹性强的材料，在外力作用下可实现较大的弹性变形。多级刚性梁和手指底座采用不宜弹性变形的刚性材料。选择两个或多个机械手指配合作用。在抓取工件时，外部动力源使柔性外壁的垂直表面接触工件，柔性外壁产生弹性变形，柔性外壁紧贴工件表面使其受力均匀，多级刚性板在柔性外壁变形时与柔性外壁产生相对转动，使柔性外壁的三角形结构顶端向下收拢，包裹住工件。外部动力源使手指与工件相分离，手指恢复初始状态。本发明结构简单且具有自适应性。

Description

自适应于夹持对象外形的柔性机械手指
技术领域
本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种具有自适应于夹持对象外形的特殊结构机械手指。
背景技术
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
目前的机械手指，基本上没有可以适应对象的轮廓和尺寸的，和对象接触部分多数都是点、线高副接触，使得可承受载荷有限，只有适应了加持对象的轮廓形成，才能形成面接触，实现高的加持力。我们主要解决的是传统机械手的手指部分的结构，用一种柔性结构实现在加持时与工件的面接触。
发明内容
本发明要解决的技术问题是具有自适应于要抓取工件外形的特殊机械手指结构。该设计性能稳定可靠，结构独特，对工件外形具有很好的适应性。结构精简，便于安装和拆卸维修。
本发明主要采用如下的技术方案来实现：
自适应于夹持对象外形的柔性机械手指，包括柔性外壁1，多级刚性梁2，手指底座3，手指外形为两侧的柔性外壁1和底部的手指底座3所构成的三角形，两侧的柔性外壁1的内侧通过多级刚性梁2连接，多级刚性梁2通过转动副逐级连接在柔性外壁1的内侧壁上。
柔性外壁1通过螺钉4固定在手指底座3上。
所述的柔性外壁1采用弹性强的材料，如65Mn等，多级刚性梁2的数量最少为1根，最多为手指高度除以刚性梁厚度所得的整数部分值，多级刚性梁2和手指底座3采用不宜弹性变形的刚性材料，如45钢等。通过三角形的柔性外壁1与多级刚性梁2的特殊结构配合，使整个手指在抓取工件时具有自动贴合于工件外形并且有将工件包裹住的能力。
一种机械手指，包括两个所述的机械手指配合作用，或包括两个以上的所述的机械手指配合作用。
本发明具有如下效果：在抓取工件时可选择两爪配合作用或多爪配合作用。外部动力源可选择滑动导轨型气爪、开闭型气爪等多种驱动方式。机械手指在外部动力源的驱动下作用于要抓取的工件，并且随着驱动力的加大，柔性外壁1能够贴合住工件的外表面使其受力均匀，并将工件包裹住，实现工件的抓取。而随着外部动力源使手指张开，整个手指能够回复到初始状态。整体运动轨迹简单，结构精简，便于加工和安装、维修，对操作对象以外的其他物体影响最小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的不同工作状态下比较的侧视图；
图3是本发明的两爪配合作用侧视图。
图中，1-柔性外壁，2-多级刚性梁，3-手指底座，4螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图2所示，柔性外壁1与多级刚性梁2逐级连接。每级刚性板与柔性外壁1均用四个转动副相连接。柔性外壁1与手指底座3通过螺钉4连接。在实际应用时可选择两爪配合作用，也可选择多爪配合作用，如图3所示，采用180°开闭型气爪作为动力源的两爪配合作用。
本发明的工作过程如下：
如图3所示，180°开闭型气爪作为外部动力源，在抓取工件的过程中，通过外部动力源使柔性外壁1的垂直表面接触工件，随着作用力的增大，柔性外壁1产生弹性变形，从而使柔性外壁1紧贴工件表面使其受力均匀，多级刚性板2在柔性外壁1变形时与柔性外壁1产生相对转动，使柔性外壁1的三角形结构顶端向下收拢，进而包裹住工件，机械手指弯曲效果比较如图1所示。随着外部动力源使手指与工件相分离，整个手指能够恢复初始状态。

Claims (6)

1.自适应于夹持对象外形的柔性机械手指，包括柔性外壁(1)，多级刚性梁(2)，手指底座(3)，其特征在于：手指外形为两侧的柔性外壁(1)和底部的手指底座(3)所构成的三角形，两侧的柔性外壁(1)的内侧之间通过多级刚性梁(2)连接，多级刚性梁(2)通过转动副逐级连接在柔性外壁(1)的内侧壁上。
2.根据权利要求1所述的自适应于夹持对象外形的柔性机械手指，其特征在于：所述的多级刚性梁(2)的根数最少为1根，最多为柔性外壁(1)的长度除以刚性梁厚度所得的整数部分值。
3.根据权利要求1所述的自适应于夹持对象外形的柔性机械手指，其特征在于：柔性外壁(1)通过螺钉(4)固定在手指底座(3)上。
4.根据权利要求1所述的自适应于夹持对象外形的柔性机械手指，其特征在于所述的柔性外壁(1)采用弹性强的材料，；多级刚性梁(2)和手指底座(3)采用不宜弹性变形的刚性材料。
5.根据权利要求4所述的自适应于夹持对象外形的柔性机械手指，其特征在于：所述的柔性外壁(1)采用65Mn制成，所述的多级刚性梁(2)和手指底座(3)采用45钢制成。
6.一种机械手指，其特征在于：包括两个权利要求1所述的机械手指配合作用，或包括两个以上的权利要求1所述的机械手指配合作用。
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