CN107081783A - 一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，包括顶壳、滑块、同步带单元、中间气腔、拉力传感器、手指以及输气管；顶壳上开设有与气源连通的接口，顶壳内设有一滑槽；滑块内部为空心结构，且滑块的一面上开设有一槽口，滑块滑动设置在所述滑槽上；拉力传感器一端固定在顶壳上，另一端固定在中间气腔的顶部；手指的气端与所述滑块的槽口连接；输气管中设有单向气体阀门，输气管的一端连接所述中间气腔，另一端分成两路气管，第一路气管通入滑块内部与手指的气端连通，第二路气管安置在所述滑块内部的空心结构中与滑块的空心结构连通。本发明可靠性好、安全性高，控制维度强，适应度高，从而让气动夹持器能够更好地适应现代化工厂使用。

Description

一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器。

背景技术

随着科技的不断发展，传统的手工工作模式逐渐被自动化设备所替代。如今，各式各样不同功能的工业机器人在各行各业中越发常见。常见的工厂作业如喷涂，装配，焊接，搬运，上下料等基本上已经能够被工业机器人所胜任。机器人的普及极大的提高了工厂的生产效率同时节省了人工成本。

工业机器人通常包括机械臂和夹持器组成。工业机械臂以串联，SCARA最为常见，其中，4轴，6轴居多。夹持器又称为末端执行器，是工业机器人对物料操作必备的执行部件之一。其通过法兰盘安装于机械臂末端，主要实现抓住工件，握持工件和释放工件等任务。

机器人夹持器驱动方式主要分为气动和电动：其中，气动执行器采用气压驱动的方式，结构又分活塞式，拔叉式，薄膜式等。电动执行器一般采用直流电机，步进电机，力矩电机等驱动元件，传动方式又包括齿轮，传送带，及蜗轮蜗杆等。气动执行器结构简单，响应速度快，价格低廉但精度较低。电动执行器精度较高，相对稳定但成本较高。根据材料，夹持器又分为刚性和柔性。刚性夹持器以其精度高，载重大，稳定性强，控制相对容易控制等特性在工业界中应用广泛，技术相对成熟。相较于刚性夹持器，柔性夹持器拥有自适应物体形状，不易对物体造成损伤(易碎品)，可夹持物体类别广泛等优势。

目前，相对与成熟的刚性夹持器，柔性夹持器目前大多都还处于研发阶段，市场上现有的产品在安全性，稳定性，可控性等方面也都需要完善和加强。经文献检索，公开日为2016年10月26日，公开号为CN104959992B的一种气动的软体抓持装置，它提出通过气动方式来改变手抓行抓进而对物体进行抓取，其结构简单成本低廉，但其抓手不具有自锁性，即当气源突然中断时，夹持器会即刻丧失其形变状态进而使物体脱落，造成安全隐患。

其次，此装置中的夹持器本身不带有行程功能即手指本身无法移动，软体夹持器自适应物体的特性无法最大程度的发挥。另外，此装置中缺乏反馈机制(手指夹紧力，手指形变，物体负载等)，控制难度较大。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的带力反馈及行程的柔性气动夹持器，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为提高上述气动夹持器的可靠性、安全性，增加控制维度，以及增强其适应度，从而让气动夹持器能够更好地适应现代化工厂使用，本发明提供一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器。

本发明的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，包括顶壳、滑块、同步带单元、中间气腔、拉力传感器、手指以及输气管；

所述顶壳上开设有与气源连通的接口，顶壳内设有一滑槽；所述滑块内部为空心结构，且滑块的一面上开设有一槽口，所述滑块滑动设置在所述滑槽上；所述拉力传感器一端固定在顶壳上，另一端固定在中间气腔的顶部；所述手指的气端与所述滑块的槽口连接；所述输气管中设有单向气体阀门，所述输气管的一端连接所述中间气腔，另一端分成两路气管，第一路气管通入滑块内部与所述手指的气端连通，第二路气管安置在所述滑块内部的空心结构中与滑块的空心结构连通。

进一步的，所述手指上设有弯曲传感器和压力传感器，所述压力传感器和弯曲传感器设在手指的外层板壳上。

进一步的，所述压力传感器采用柔性压力传感器。

进一步的，所述压力传感器和弯曲传感器均可通过I/O通道与机械臂进行通信。

进一步的，所述滑块中开设有过线孔，用于穿设手指中弯曲传感器和压力传感器的导线。

进一步的，还包括同步带单元，所述同步带单元与顶壳连接，且同步带单元包括同步带轮、同步带、张紧轮以及同步带夹板，所述同步带轮和张紧轮均固定在所述顶壳上，所述同步带夹板上部夹紧同步带，下部固定在滑块上。

进一步的，所述滑块设为三个，该三个滑块沿中间气腔周向均匀分布形成一等边三角形。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：第一，本发明采用单向气体阀门，使夹持器具有自锁功能以防安全隐患，第二，利用气源推动滑块进而带动手指移动，使夹持器具有行程功能，自适应性大大增强；第三，滑块上方采用同步带装置，可保证手指移动的同步性；第四，同一气源既可以对手指充气，又可以推动(拉动)滑块，可实现一气两用，使结构更加简单提高工作效率降低成本；第五，手指外层中配有压力传感器和弯曲传感器，能够时时反馈手指弯曲及夹持力大小，增加了控制的维度；第六，顶壳和气腔之间的拉力传感器可以提供被夹持物体的负载，进一步增加了控制的维度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构爆炸示意图；

图2为本发明实施例的整体外观示意图；

图3为本发明实施例的顶壳示意图；

图4为本发明实施例的同步带单元示意图；

图5为本发明实施例的滑块剖视图；

图6为本发明实施例的滑块与输气管示意图；

图7为本发明实施例的同步带夹板示意图；

图8为本发明实施例的手指外层板爆炸图；

图9为本发明实施例的柔性夹持器与多自由度机械臂的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1-图9，本发明一较佳实施例，所述的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，包括顶壳1、同步带单元2、中间气腔3、三个滑块4、拉力传感器5以及手指6。其中顶壳1上开设有两个与气源连通的接口1-1，此处充气与抽气分开是为了通过使用单向阀来实现自锁功能，该三个滑块4沿中间气腔3周向均匀分布形成一等边三角形，每个滑块4上均设有滑槽1-2，滑块4可在此滑槽1-2中滑向或滑离中心，手指6上设有弯曲传感器6-4和压力传感器6-3，所述压力传感器6-3和弯曲传感器6-4设在手指的外层板壳6-2上。

如图4所示，同步带单元包括同步带轮2-1、同步带2-2、张紧轮2-3、同步带夹板2-4。其中同步带轮和张紧轮都通过螺钉固定在顶壳1上，同步带夹板2-4上部夹紧同步带2-2，下部固定在滑块4上，此处通过同步带单元来实现手指6之间的同步性。拉力传感器5一端固定在顶壳1上，一端固定在中间气腔3的顶部，以此来测量负载。

结合图5，图6，本实施例中，滑块4设为三个，每个滑块4的内部为空心结构，滑块4上面开设有槽口4-2，槽口4-2与手指6相连，输气管3-1，3-2一端连接中间气腔3，另一端深入到滑块4内部，其中输气管内部又分成两路气管3-3，3-4，其中，第一路气管3-4与手指端相连，第二路气管3-3放置在滑块4内部中，以此来实现形变手指5和移动滑块4的双重功能，滑块4上开设过线孔4-3，该过线孔4-3为手指中传感器的过线孔。

如图8所示，手指外层板壳6-2包含着压力传感器6-3和弯曲传感器6-4来检测手指夹持物体的夹紧力和手指本身的形变程度。

由于本夹持器的特性，在手指外层板壳6-2内的传感器必需具备可弯折的特点。其中，压力传感器6-3采用Interlink Electronics公司FSR系列的柔性压力传感器，FSR具有超薄(0.3mm)，测量范围广(0.2-20N)，寿命长(1000万次)，长度可调等特点，可以很好的适应本发明的手指。弯曲传感器6-4采用Spectra Symbol的FLEX SENSORS系列的弯曲传感器，拥有体积小，可弯折角度大等特点。上述传感器均可通过I/O通道与机械臂7进行通信。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，其特征在于：包括顶壳、滑块、同步带单元、中间气腔、拉力传感器、手指以及输气管；

所述顶壳上开设有与气源连通的接口，顶壳内设有一滑槽；所述滑块内部为空心结构，且滑块的一面上开设有一槽口，所述滑块滑动设置在所述滑槽上；所述拉力传感器一端固定在顶壳上，另一端固定在中间气腔的顶部；所述手指的气端与所述滑块的槽口连接；所述输气管中设有单向气体阀门，所述输气管的一端连接所述中间气腔，另一端分成两路气管，第一路气管通入滑块内部与所述手指的气端连通，第二路气管安置在所述滑块内部的空心结构中与滑块的空心结构连通。

2.根据权利要求1所述的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，其特征在于：所述手指上设有弯曲传感器和压力传感器，所述压力传感器和弯曲传感器设在手指的外层板壳上。

3.根据权利要求2所述的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，其特征在于：所述压力传感器采用柔性压力传感器。

4.根据权利要求2或3所述的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，其特征在于：所述压力传感器和弯曲传感器均可通过I/O通道与机械臂进行通信。

5.根据权利要求2所述的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，其特征在于：所述滑块中开设有过线孔，用于穿设手指中弯曲传感器和压力传感器的导线。

6.根据权利要求1所述的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，其特征在于：还包括同步带单元，所述同步带单元与顶壳连接，且同步带单元包括同步带轮、同步带、张紧轮以及同步带夹板，所述同步带轮和张紧轮均固定在所述顶壳上，所述同步带夹板上部夹紧同步带，下部固定在滑块上。

7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种带力反馈及行程的柔性气动夹持器，其特征在于：所述滑块设为三个，该三个滑块沿中间气腔周向均匀分布形成一等边三角形。