CN109910049A - 自锁式刚软耦合机械抓手 - Google Patents
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Abstract
一种自锁式刚软耦合机械抓手，包括：可调安装座和中心对称设置于可调安装座两端的自锁外骨骼、手指组件，其中：手指组件设置于可调安装座下，自锁外骨骼设置于手指组件上并将可调安装座和手指组件连接为一个整体；自锁外骨骼包括：固定上框架、活动下肢、销杆和自锁机构；手指组件包括：手指座和软体手指；自锁机构包括：棘轮、棘爪、压紧弹簧、气动解锁顶针和解锁顶针供气管；可调安装座两侧上对称设有用于与手指组件相连的滑槽。本发明通过增加自锁外骨骼，实现刚软耦合驱动，又由于其具有自锁功能，既保证了软体抓手抓取的灵活柔软性，也极大地提升了抓取的负载能力和稳定性，从而极大地节省了抓取过程中的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种软体机器人领域的技术，具体是一种自锁式刚软耦合机械抓手。
背景技术
近年来，随着软体机器人技术的发展，由硅橡胶、聚合物等软材料制作的软体抓手引起了学术界和工业界的广泛关注。软体手的手指通常通过充气膨胀发生弯曲变形，从而实现抓取动作，具有良好的柔顺性和适应性，且降低了控制复杂度，尤其适用于易碎、脆弱和形状多变物品的抓取。但是由于制造软体抓手的柔软材料都存在刚性不足、稳定性差的通病，因此限制了软体抓手对较大质量物体的抓取能力和承载能力，且软体抓手不具备自锁能力，在抓握物体时往往需要动力装置一直提供握紧的力矩，并且在抓取物品移动过程中易发生脱落。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种自锁式刚软耦合机械抓手，通过增加自锁外骨骼，实现刚软耦合驱动，又由于其具有自锁功能，既保证了软体抓手抓取的灵活柔软性，也极大地提升了抓取的负载能力和稳定性，从而极大地节省了抓取过程中的能耗。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：可调安装座和中心对称设置于可调安装座两端的自锁外骨骼、手指组件，其中：手指组件设置于可调安装座下，自锁外骨骼设置于手指组件上并将可调安装座和手指组件连接为一个整体。
所述的自锁外骨骼包括：固定上框架、活动下肢、销杆和自锁机构，其中：固定上框架设置于可调安装座和手指组件上，活动下肢一端与固定上框架活动连接，另一端通过销杆与手指组件相连，自锁机构设置于固定上框架与活动下肢的连接处。
所述的自锁机构包括：棘轮、棘爪、压紧弹簧、气动解锁顶针和解锁顶针供气管，其中：压紧弹簧设置于固定上框架上；棘轮设置于固定上框架与活动下肢的连接处；棘爪设置于固定上框架上，一端与压紧弹簧相连，另一端设置于棘轮的齿间；气动解锁顶针一端设置于棘爪与压紧弹簧相连一端的另一侧，另一端与解锁顶针供气管相连；解锁顶针供气管设置于固定上框架上。
所述的手指组件包括：手指座和软体手指，其中：手指座与软体手指相连并设置于可调安装座下，软体手指设置于手指座下，末端与活动下肢相连。
所述的手指座上设有用于驱动的手指供气管。
所述的软体手指主体呈长条形，末端截面为梯形，沿软体手指长度方向上内部设有气室，气室外部均匀设有用于隔断的凹槽。
所述的软体手指末端设有与活动下肢相连的腰孔。
所述的可调安装座两侧上对称设有用于与手指组件相连的滑槽。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过增加自锁外骨骼，实现刚软耦合驱动，又由于其具有自锁功能，既保证了软体抓手抓取的灵活柔软性，也极大地提升了抓取的负载能力和稳定性，从而极大地节省了抓取过程中的能耗。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明爆炸结构示意图；
图3为本发明不同视角下的可调安装座立体结构示意图；
图4为本发明工作示意图及自锁外骨骼的局部放大图；
图5为本发明有自锁外骨骼的刚软耦合手指与软体手指的加载实验数据对比图；
图中：可调安装座1、自锁外骨骼2、手指供气管3、手指座4、软体手指5、工件6、固定上框架7、活动下肢8、销杆9、棘轮10、棘爪11、压紧弹簧12、气动解锁顶针13、解锁顶针供气管14、腰孔15、手指组件16、滑槽17、自锁机构18、转轴19、气室20、凹槽21、腰孔22、安装孔23。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种自锁式刚软耦合机械抓手，其中包含：可调安装座1和中心对称设置于可调安装座1两端的两套自锁外骨骼2、手指组件16，其中：手指组件16设置于可调安装座1下，自锁外骨骼2设置于手指组件16上并将可调安装座1和手指组件16连接为一个整体。
所述的自锁外骨骼2包括：固定上框架7、活动下肢8、销杆9和自锁机构18，其中：固定上框架7设置于可调安装座1和手指组件16上，活动下肢8一端与固定上框架7通过转轴19活动连接，另一端通过销杆9与手指组件16相连，自锁机构18设置于固定上框架7与活动下肢8的连接处。
所述的自锁机构18包括：棘轮10、棘爪11、压紧弹簧12、气动解锁顶针13和解锁顶针供气管14，其中：压紧弹簧12固定设置于固定上框架7上；棘轮10设置于固定上框架7与活动下肢8的连接处的转轴19上；棘爪11设置于固定上框架7上，一端与压紧弹簧12相连，另一端设置于棘轮10的齿间；气动解锁顶针13一端设置于棘爪11与压紧弹簧12相连一端的另一侧，另一端与解锁顶针供气管14相连；解锁顶针供气管14设置于固定上框架7上。
所述的手指组件16包括：手指座4和软体手指5，其中：手指座4与软体手指5相连并设置于可调安装座1下，软体手指5设置于手指座4下，末端与活动下肢8相连。
所述的手指座4上设有用于驱动的手指供气管3。
所述的软体手指5为气动网格驱动器，由硅胶通过模具浇注而成，主体呈长条形，末端截面为梯形，沿软体手指5长度方向上内部设有气室20，气室20外部均匀设有用于隔断的凹槽21。
所述的软体手指5末端设有与活动下肢8相配合的腰孔22。
所述的可调安装座1两侧上对称设有用于与手指组件16相连的滑槽17，上端设有若干安装孔23。
如图4所示，气泵通过手指供气管3给软体手指5输入一定气压的气体，手软手指5内部的气室20膨胀变形，使软体手指5发生弯曲变形来抓取工件6；软体手指5的弯曲变形会带动与之相连的销杆9和活动下肢8以及固定在活动下肢8上的棘轮10发生转动，棘爪11会在棘轮10表面的齿间滑动，在压紧弹簧12的作用下棘爪11始终贴近在棘轮10齿间；当软体手指5将工件6抓取到位后，此时可以气阀切断对软体手指5的供气，由于棘爪11卡住棘轮10的反向转动实现了自锁，所以软体手指5会保持抓取状态而不会由于断气之后恢复原状；工件6所有的重量通过软体手指5作用在自锁外骨骼2上，自锁外骨骼2固定在可调安装座1上；当需要放下工件6时，通过解锁顶针供气管14给气动解锁顶针13供气，气动解锁顶针13会在气压的作用下伸出推杆推动棘爪11，并使其脱离棘轮10表面，此时实现解锁，软体手指5会回复到初始伸直状态并带动自锁外骨骼2也转回到初始位置，从而放下工件6。
如图5所示，有自锁外骨骼的软体手指的刚度比无外骨骼的软体手指刚度提升10倍以上，并且随着驱动气压升高而增大；所以当抓取物体时，由于自锁外骨骼2的刚性较大，相比较软的软体手指5可以承载较大的重量并保持稳定的抓取力，另外由于包裹于自锁外骨骼2内侧的软体手指5直接与被抓取物体接触，柔软的接触可以对被抓取物体进行有效的保护，并不失软体抓手的灵活性；又由于自锁外骨骼2是被动变形，并能实现自锁，因此节省了抓取过程中的能耗以及维持抓取的做功。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (6)
1.一种自锁式刚软耦合机械抓手，其特征在于，包括：可调安装座和中心对称设置于可调安装座两端的自锁外骨骼、手指组件，其中：手指组件设置于可调安装座下，自锁外骨骼设置于手指组件上并将可调安装座和手指组件连接为一个整体；
所述的自锁外骨骼包括：固定上框架、活动下肢、销杆和自锁机构，其中：固定上框架设置于可调安装座和手指组件上，活动下肢一端与固定上框架活动连接，另一端通过销杆与手指组件相连，自锁机构设置于固定上框架与活动下肢的连接处；
所述的自锁机构包括：棘轮、棘爪、压紧弹簧、气动解锁顶针和解锁顶针供气管，其中：压紧弹簧设置于固定上框架上；棘轮设置于固定上框架与活动下肢的连接处；棘爪设置于固定上框架上，一端与压紧弹簧相连，另一端设置于棘轮的齿间；气动解锁顶针一端设置于棘爪与压紧弹簧相连一端的另一侧，另一端与解锁顶针供气管相连；解锁顶针供气管设置于固定上框架上。
2.根据权利要求1所述的自锁式刚软耦合机械抓手，其特征是，所述的手指组件包括：手指座和软体手指，其中：手指座与软体手指相连并设置于可调安装座下，软体手指设置于手指座下，末端与活动下肢相连。
3.根据权利要求2所述的自锁式刚软耦合机械抓手，其特征是，所述的手指座上设有用于驱动软体手指的手指供气管。
4.根据权利要求2所述的自锁式刚软耦合机械抓手，其特征是，所述的软体手指主体呈长条形，末端截面为梯形，沿软体手指长度方向上内部设有气室，气室外部均匀设有用于隔断的凹槽。
5.根据权利要求2所述的自锁式刚软耦合机械抓手，其特征是，所述的软体手指末端设有与活动下肢相连的腰孔。
6.根据权利要求1所述的自锁式刚软耦合机械抓手，其特征是，所述的可调安装座两侧上对称设有用于与手指组件相连的滑槽。
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