CN108673506A - 一种可重构柔性机械手 - Google Patents

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张晗
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李艳
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Abstract

本发明公开了一种可重构柔性机械手，包括圆盘形法兰盘，法兰盘下方中心位置处设置有一上端带螺纹的中立柱，中立柱由上向下依次套接有螺母和滑动组件，沿滑动组件的外壁一周均匀设置有若干个连杆，每个连杆的端部铰接有指根关节，指根关节下方还固定有指根连接块，指根连接块下方夹持有柔性手指。本发明的一种可重构柔性机械手，手指角度可调，且滑动组件有两种样式，既适用于抓持长宽高基本相同的物体，也适用于抓持长宽高其中一个尺寸大于其余两个尺寸的物体，尤其对柔性、易碎、异型物体进行抓取效率更高。

Description

一种可重构柔性机械手
技术领域
本发明属于工业自动化机器技术领域，具体涉及一种可重构柔性机械手。
背景技术
在工业自动化领域，机器人抓取动作主要由刚性机械手爪或真空吸盘完成。刚性机械爪应用广泛，抓持力大，但是刚性机械手抓持力难以控制，并且自身为刚性，因此很难对柔软、易碎的物体进行抓取；真空吸盘在搬运过程中对被抓持物体表面质量有较高要求，难以对表面粗糙、异形物体进行操作。
目前市场上的柔性机械手采用柔性材料制造，能够实现对柔软、易碎、异形、表面粗糙的物品进行抓持。目前现有的柔性机械手结构固定，手指数量、角度无法根据被抓持物体的形状大小进行调整，适应性不强，因此开发一款结构易调整的柔性机械手势在必行。
发明内容
本发明的目的是提供一种可重构柔性机械手，解决了现有技术中无法根据被抓持物体的形状大小进行调整，适应性差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种可重构柔性机械手，包括圆盘形法兰盘，法兰盘下方中心位置处设置有一上端带螺纹的中立柱，中立柱由上向下依次套接有螺母和滑动组件，沿滑动组件的外壁一周均匀设置有若干个连杆，每个连杆的端部铰接有指根关节，指根关节下方还固定有指根连接块，指根连接块下方夹持有柔性手指。
本发明的特点还在于，
柔性手指包括膨胀层和不可拉伸层，膨胀层和不可拉伸层相粘合，不可拉伸层为薄片结构，膨胀层包括若干个依次串联的底部开放的腔室，每个腔室包括底部开放的空腔，相邻空腔之间通过一条贯穿各个腔室的导气通道相连通，各个腔室的底部粘贴在不可拉伸层上。
滑动组件包括依次套接在中立柱上的圆筒形手指滑块和中心支架，中立柱上还套接有弹簧，弹簧一端连接手指滑块，另一端连接中心支架，连杆均匀设置在圆筒形手指滑块的外壁上，指根关节还铰接在中心支架上。
滑动组件包括两个能够沿中立柱上下滑动的四手指滑块，两个四手指滑块分别设置在中立柱两侧，中立柱下方还套接有王字型四手指中心支架，四手指中心支架垂直于中立柱设置，中立柱上还套接有弹簧，弹簧一端连接四手指滑块，另一端连接四手指中心支架，每个四手指滑块上铰接着两个连杆，每两个连杆为一组分别铰接在一个四手指滑块上，两个连杆位于四手指滑块的两侧，指根关节还铰接在四手指中心支架上。
柔性手指与指根关节通过U型卡相固联。
位于手指滑块上的每个柔性手指的不可拉伸层均朝向圆盘形法兰盘中轴线设置。
本发明的有益效果是，本发明的一种可重构柔性机械手，柔性手指使用柔性材料制成，以气压作为驱动力，具有一定的柔顺性，指与指根关节和指根连接块的安装为标准化接口，安装可靠并且方便拆卸更换。机械手可以由三指、四指等不同构型，并且手指角度可调，三指机械手适用于抓持长宽高基本相同的物体，四指柔性机械手适用于抓持长宽高其中一个尺寸大于其余两个尺寸的物体，可对柔性、易碎、异型物体进行抓取。
附图说明
图1为本发明的一种可重构柔性机械手的结构图；
图2为本发明的一种可重构柔性机械手的侧视图；
图3为本发明的一种可重构柔性机械手实施例2的结构图；
图4为本发明的柔性手指的结构示意图；
图5为本发明的柔性手指的剖视图；
图6为本发明的中心支架结构图；
图7为本发明的四手指中心支架结构图。
图中，1.法兰盘，2.手指滑块，3.中心支架，4.指根关节，5.指根连接块，6.柔性手指，61.膨胀层，62.不可拉伸层，63.导气通道，64.腔室，7.U型卡，8.弹簧，9.连杆，10.螺母，11.四手指滑块，12.四手指中心支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明的一个实施例中，提出一种可重构柔性机械手结构如图1和图2所示，包括圆盘形的法兰盘1，法兰盘1下方中心位置处设置有一上端带螺纹的中立柱，中立柱由上往下依次套接有螺母10和手指滑块2，中立柱下方还固定有一中心支架3，中心支架3与手指滑块2之间设置有弹簧8，弹簧套接在中立柱上，沿手指滑块2外圆周方向均匀设置有若干个连杆9，每个连杆9向下的一端铰接有指根关节4，指根关节4还铰接在中心支架3(如图6所示)上，指根关节4下方还固定有指根连接块5，指根连接块5下方夹持有柔性手指6。
柔性手指6包括多腔串联结构的膨胀层61和不可拉伸层62，膨胀层61和不可拉伸层62相粘合，不可拉伸层62为薄片结构，膨胀层61包括若干个依次串联的底部开放的腔室64，每个腔室64包括底部开放的空腔，相邻空腔之间通过一条贯穿各个腔室64的导气通道63相连通，各个腔室64的底部粘贴在不可拉伸层62上。
柔性手指6与指根关节4通过U型卡7相固联。
位于手指滑块2上的每个柔性手指6的不可拉伸层均朝向圆盘形法兰盘中轴线设置。
弹簧8一端固定在手指滑块2上，另一端固定在中心支架3上。
柔性手指6由柔性材料制成，其弹性恢复力可根据被抓取物体大小而变化，螺母10可沿中立柱上的螺纹上下移动，带动连杆9上下运动，进一步控制柔性手指的高低位置，可根据机械与被抓物体之间距离进行相应调整，适应性强。
柔性手指由软材料制成，手指本身可分为膨胀层和不可拉伸层两部分。膨胀层为多腔串联结构，通过注塑的方法制造，膨胀层有8个腔室，通过中心的一条导气通道联通；不可变形层为薄片结构，在软材料中嵌入一层高弹性模量的不可拉伸材料，形成不可拉伸层。将膨胀层和不可拉伸层粘合，形成柔性手指。在手指根部有安装连接块5，主要作用是将柔性手指与指根关节连接，连接块与指根关节之间通过标准化接口连接。
法兰盘的作用是与机械臂连接，中心支架3的作用是为机械手提供主要支撑；手指滑块2套在中心支架3的中立柱上；手指滑块下方与中心支架底部之间有弹簧，中心支架上部有螺纹，螺纹与螺母配合，滑块可在螺母的带动下上下滑动；中心支架下部外侧呈120均布着三个手指关节，手指关节与中心支架铰接，可上下摆动；三个连杆9分别连接三个指根关节和滑块，连杆两端与指根关节、滑块均为铰接。当滑块上下滑动时，指根关节可随之上下摆动。
使用时，使用气泵将空气从导气管通过导气通道压入到柔性手指内的各个空腔中，各个膨胀层膨胀伸长，由于柔性手指底部不可拉伸层的约束，因此手指将向不可拉伸层一侧收缩弯曲，从而完成抓取物体动作。当气泵抽气时，空腔内产生负压，柔性手指将反向弯曲，从而实现释放物体的动作。
实施例2
本发明的另一个实施例结构如图3所示，包括圆盘形的法兰盘1，法兰盘1下方中心位置处设置有一上端带螺纹的中立柱，中立柱上套接有螺母10，中立柱两侧还分别设置有可沿中立柱上下滑动的四手指滑块11，中立柱下方还套接有一四手指中心支架12，中立柱上还套接有弹簧8，弹簧8一端连接四手指滑块11，另一端连接四手指中心支架12，每个四手指滑块11上分别铰接有两个连杆9，每个连杆9向下的一端铰接有指根关节4，指根关节4还铰接在四手指中心支架12(如图7所示)上，指根关节4下方还固定有指根连接块5，指根连接块5下方夹持有柔性手指6。
柔性手指6包括多腔串联结构的膨胀层61和不可拉伸层62，膨胀层61和不可拉伸层62相粘合，不可拉伸层62为薄片结构，膨胀层61包括若干个依次串联的底部开放的腔室64，每个腔室64包括底部开放的空腔，相邻空腔之间通过一条贯穿各个腔室64的导气通道63相连通，各个腔室64的底部粘贴在不可拉伸层62上。
柔性手指6与指根关节4通过U型卡7相固联。
导气通道63设置在腔室64的底部中心位置。
位于同一所述连杆9下面的两个柔性手指6的不可拉伸层62向内相对设置。
弹簧8一端固定在四手指滑块11上，另一端固定在四手指中心支架12。
法兰盘的作用是与机械臂连接，中心支架的作用是为机械手提供主要支撑；滑块套在中心支架的立柱上；滑块下方与中心支架底部之间有弹簧，中心支架上部有螺纹，螺纹与螺母配合，滑块可在螺母的带动下上下滑动；中心支架下部两侧平行对称布置四个手指关节，手指关节与中心支架铰接，可上下摆动；四个连杆分别连接四个指根关节和滑块，连杆两端与指根关节、滑块均为铰接。当滑块上下滑动时，指根关节可随之上下摆动。
手指通过U型卡7与指根连接块相连，一方面是固定手指，另一方面是紧固导气管，防止漏气。导气管的直径应与柔性手指气孔直径相同。
指根连接块与指根关节为标准化模块，方便拆卸更换。
指根关节可通过3D打印的方式加工，也可由铝合金材料制作。
滑块与中心支架应为间隙配合，以保证滑块可以灵活的上下滑动。
使用时，使用气泵将空气从导气管通过导气通道压入到柔性手指内的各个空腔中，各个膨胀层膨胀伸长，由于柔性手指底部不可拉伸层的约束，因此手指将向不可拉伸层一侧收缩弯曲，从而完成抓取物体动作。当气泵抽气时，空腔内产生负压，柔性手指将反向弯曲，从而实现释放物体的动作。

Claims (7)

1.一种可重构柔性机械手，其特征在于，包括圆盘形法兰盘(1)，所述法兰盘(1)下方中心位置处设置有一上端带螺纹的中立柱，所述中立柱由上向下依次套接有螺母(10)和滑动组件，沿所述滑动组件的外壁一周均匀设置有若干个连杆(9)，每个所述连杆(9)的端部铰接有指根关节(4)，所述指根关节(4)下方还固定有指根连接块(5)，所述指根连接块(5)下方夹持有柔性手指(6)。
2.根据权利要求1所述的一种可重构柔性机械手，其特征在于，所述柔性手指(6)包括膨胀层(61)和不可拉伸层(62)，所述膨胀层(61)和不可拉伸层(62)相粘合，所述不可拉伸层(62)为薄片结构，所述膨胀层(61)包括若干个依次串联的底部开放的腔室(64)，每个所述腔室(64)包括底部开放的空腔，相邻所述空腔之间通过一条贯穿各个腔室(64)的导气通道(63)相连通，各个所述腔室(64)的底部粘贴在不可拉伸层(62)上。
3.根据权利要求2所述的一种可重构柔性机械手，其特征在于，所述滑动组件包括依次套接在中立柱上的圆筒形手指滑块(2)和中心支架(3)，所述中立柱上还套接有弹簧(8)，所述弹簧(8)一端连接手指滑块(2)，另一端连接中心支架(3)，所述连杆(9)均匀设置在圆筒形手指滑块(2)的外壁上，所述指根关节(4)还铰接在中心支架(3)上。
4.根据权利要求2所述的一种可重构柔性机械手，其特征在于，所述滑动组件包括两个能够沿中立柱上下滑动的四手指滑块(11)，两个所述四手指滑块(11)分别设置在中立柱两侧，所述中立柱下方还套接有王字型四手指中心支架(12)，四手指中心支架(12)垂直于中立柱设置，所述中立柱上还套接有弹簧(8)，所述弹簧(8)一端连接四手指滑块(11)，另一端连接四手指中心支架(12)，每个所述四手指滑块(11)上铰接着两个连杆(9)，每两个所述连杆(9)为一组分别铰接在一个四手指滑块(11)上，两个所述连杆(9)位于四手指滑块(11)的两侧，所述指根关节(4)还铰接在四手指中心支架(12)上。
5.根据权利要求1所述的一种可重构柔性机械手，其特征在于，所述柔性手指(6)与指根关节(4)通过U型卡(7)相固联。
6.根据权利要求3所述的一种可重构柔性机械手，其特征在于，位于手指滑块(2)上的每个所述柔性手指(6)的不可拉伸层(62)均朝向圆盘形法兰盘(1)中轴线设置。
7.根据权利要求4所述的一种可重构柔性机械手，其特征在于，位于同一四手指滑块(11)的两个所述柔性手指(6)的不可拉伸层(62)朝内相对设置。
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