CN110026997B - 一种电动多功能柔性机械手 - Google Patents

Abstract

一种电动多功能柔性机械手，它涉及一种机械手，它包括柔性变形体、支撑管、电驱动机构和限位导向杆；所述柔性变形体为具有内外柔性膜并含充液的筒状结构，柔性变形体的外柔性膜可以向内翻滚变成内柔性膜，同时，内柔性膜向外翻滚变成外柔性膜，支撑管的两端敞口，外柔性膜与支撑管的一端的内壁紧密贴合接触；电驱动机构安装在支撑管的另一端和伸入支撑管内的柔性变形体内部；电驱动机构和支撑管上安装有限定支撑管转动的限位导向杆，支撑管由电驱动机构驱动而沿轴向在导向杆上直线运动，并带动外柔性膜和内柔性膜在支撑管内壁上相互翻滚。本发明具有负载能力高，驱动结构简单，适用范围广的优点。

Description

一种电动多功能柔性机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手，特别涉及一种电动多功能柔性机械手。

背景技术

目前，机械手广泛应用于机器臂末端作为重要的执行工具，在机器人的工业应用中至关重要。传统刚性机械手通常需要提供更高的自由度和融合多种传感器以达到更好的柔顺抓取效果，这大大提高了机械手的结构和制造成本。而新兴的以硅胶作为主体材料的气动柔性机械手虽然本身具有柔性抓取和低成本等特性，但是这类机械手因为自身柔性和低刚度带来负载能力弱以及需要气源作为驱动降低了其适用范围，所以目前应用范围有限。

发明内容

本发明是为克服现有技术的不足，提供一种电动多功能柔性机械手，该机械手具有负载能力高，驱动结构简单，适用范围广的优点。

本发明的技术方案是：

一种电动多功能柔性机械手包括柔性变形体、支撑管、电驱动机构和限位导向杆；

所述柔性变形体为具有内外柔性膜并含充液的筒状结构，柔性变形体的外柔性膜可以向内翻滚变成内柔性膜，同时，柔性内膜向外翻滚变成外柔性膜，支撑管的两端敞口，外柔性膜与支撑管的内壁紧密贴合接触；

电驱动机构安装在支撑管的另一端和伸入支撑管内的柔性变形体内部；

电驱动机构和支撑管上安装有限定支撑管转动的限位导向杆，支撑管由电驱动机构驱动而沿轴向在导向杆上直线运动，并带动外柔性膜和内柔性膜在支撑管内壁上相互翻滚。

进一步地，电驱动机构包括电机、丝杠副、盖板、连接件和弹簧；连接件与柔性变形体连接，连接件上设有与丝杠副的丝杠一端配合安装的轴承，丝杠副的丝杠另一端与电机输出端连接，丝杠副的丝母固装在端板的中心孔上，端板固装在支撑管的另一端，限位导向杆一端固装在电机座上，另一端穿设在支撑管另一端上的支耳通孔内并能滑动。

进一步地，柔性变形体是由一柔性管体向外翻折后再将柔性管体的内外两端粘合封闭而形成的双层管，在内外柔性膜之间的封闭空间内有填充液。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

该机械手通过柔性变形体自身的柔性实现柔性抓取，同时由于其内部液体流动性且体积不变的液体的特性可以抓取多种不同外形、尺寸和刚度的物体，可作为一种通用型的柔性机械手。本发明通过两种不同的扩展模块可以实现注射器的液体“抓取”功能和真空吸盘的功能。采用柔性变形体作为柔性机械手的结构，成本低，结构简单，容易制作。该机械手克服了现有传统刚性机械手柔顺性差、成本高和新兴的气动柔性手爪负载能力差、驱动系统复杂、适用范围有限等问题。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明电动多功能柔性机械手的示意图；

图2为电驱动机构的示意图；

图3为连接件的结构示意图；

图4为丝杠副的丝母的示意图；

图5为盖板的示意图；

图6为支撑管的示意图；

图7为吸头的示意图；

图8为带有吸头的电动多功能柔性机械手的示意图；

图9为带有吸盘的电动多功能柔性机械手的示意图；

图10为支撑管和柔性变形体相对运动的示意图。

具体实施方式

参见图1说明，一种电动多功能柔性机械手包括柔性变形体1、支撑管2、电驱动机构3和限位导向杆4；

所述柔性变形体1为具有内外柔性膜并含充液的筒状结构，柔性变形体1的外柔性膜11可以向内翻滚变成内柔性膜12，同时，柔性内膜12向外翻滚变成外柔性膜11，支撑管2的两端敞口，外柔性膜11与支撑管2的内壁紧密贴合接触；

电驱动机构3安装在支撑管2的另一端和伸入支撑管2内的柔性变形体1内部；

电驱动机构3和支撑管2上安装有限定支撑管2转动的限位导向杆4，支撑管2由电驱动机构3驱动而沿轴向在导向杆上直线运动，并带动外柔性膜11和内柔性膜12在支撑管2内壁上相互翻滚。

参见图2所示，在一个实施方式中，电驱动机构3包括电机31、丝杠副、盖板32、连接件33和弹簧35；连接件33与柔性变形体1连接，连接件33上设有与丝杠副的丝杠341一端配合安装的轴承，丝杠副的丝杠341另一端与电机输出端连接，丝杠副的丝母342固装在端板32的中心孔上，端板32固装在支撑管2的另一端，限位导向杆4一端固装在电机座上，另一端穿设在支撑管2另一端上的支耳通孔内并能滑动。参见图1所示，弹簧35套在丝杠341上，弹簧35的一端抵在轴承上，另一端固定在丝母342上。

另一个实施方式中，参见图3所示，所述连接件33为结构相同的两半件组装而成，每半件上加工有存储柔性膜的配合凹面331，每半件上还加工有配合槽332，每半件上还加工有固定孔333，两个半件通过固定孔333内的螺栓组件固定在一起，两个配合凹面331将存储柔性膜夹持将柔性变形体1固定，两个配合槽332闭合后固定轴承。

其它实施方式中，所述柔性变形体1是由一柔性管体向外翻折后在将柔性管体的内外两端粘合封闭而形成的双层管，在内外柔性膜之间的封闭空间内有填充液。柔性变形体1为长条圆柱形结构，诸如水蛇玩具。

参见图1-图4所示，连接件33是完全相同的两部分组成，其配合凹面331用于存储部分柔性变形体1的柔性薄膜来固定连接柔性变形体1，配合槽332用于与轴承的外配合面配合并固定轴承，固定孔333用于完成配合后通过螺钉螺母连接固定两个半件合在一起组成连接件33，轴承的内孔用于与丝杆341末端的外配合面配合同时用卡簧卡在丝杠341末端的卡槽处，至此，连接件33将柔性变形体1和丝杆341在轴承的辅助下连在一起，轴承的另一个作用是防止丝杆341转动时带动柔性变形体1转动。弹簧35套在丝杆341的外面，其一端抵在轴承上，另一端固定在丝母342的一面上，该弹簧35的作用是在机械手运动过程中防止柔性变形体1的柔性内膜12与丝杆341接触，丝母342的内螺纹与丝杆341的外螺纹配合实现传动。丝母342的外配合面与盖板32的内配合面配合，并通过三个孔与盖板32上对应的三个孔用螺钉螺母固连在一起，丝杆341的另外一端与电机31的电机轴固连在一起用于传动。

参见图5-图6所示，盖板32的配合面与支撑管2的内壁面配合，并通过圆周的三个盖板固定孔321与支撑管2上对应的三个支撑固定孔23通过螺钉螺母固连在一起。同时，柔性变形体1的柔性外膜11在内部水压的作用下紧密无缝隙地贴在支撑管2的内壁上。电机31通过几何形状限制与电机座配合固连。三根限位导向杆4的一端分别固定在电机座的三个固定连接孔上，另一端分别穿过支撑管2上对应的三个通孔并且可以在孔内自由运动，限位导向杆4的作用是保证机械手运动过程中支撑管2与电机31不会发生相对转动同时保证支撑管2与丝杆341轴心平行的直线运动。

参见图7-图8所示，再其它实施方式中，所述机械手还包括吸头5，吸头5为主要由连接为一体的柱形段和锥形段组成，柱形段内开设内螺纹，支撑管2的一端外壁上开设有与所述内螺纹配合的后段外螺纹21，吸头5旋拧在支撑管2上。此种扩展模块中，当需要抓取液体时，末端相当于“针头”的吸头5可以通过其内部的内螺纹旋转安装在支撑管2的后段外螺纹21上。吸头5锥形段尖部的通孔处为进液体的通路。此时柔性变形体1充当无摩擦的活塞。

参见图9-图10所示，在其它实施方式中，所述机械手还包括吸盘6，所述吸盘6的中心孔加工有内螺纹，支撑管2的一端外壁上开设有与所述内螺纹配合的前段外螺纹22，吸盘6旋拧在支撑管2上。当需要抓取表面光滑的物体时，吸盘6套设在柔性变形体1后可以安装在支撑管2的前段外螺纹处，此时整个机械手相当于真空吸盘。

作为上述实施方式的组合，所述支撑管2为3D打印制成的支撑管。采用3D打印一体成型，可采用塑胶管、树脂、尼龙或ABS等，制造使用方便。另一个实施方式中，支撑管2采用铝或钢金属材料。另一个实施方式中，所述双层管为硅胶管，所述双层管为透明管体或半透明管体。填充液为液体或凝胶体。

工作原理：当启动电机31时，通过丝杆341和丝母342的丝杠副传动将电机31的转动转化成支撑管2的直线运动。支撑管9通过与柔性变形体1紧密配合带动柔性变形体1在支撑管2内壁上做纯滚动，带动柔性变形体1内外翻滚，

当支撑管2远离电机31运动时，柔性外膜11向内翻滚转换成柔性内膜12时，如过柔性变形体1的末端接触目标物体时就能在其柔性膜的摩擦力作用下包裹住被抓取得物体达到抓取的目的。

当“抓取”液体时，安装在支撑管2末端上的吸头5，整个结构相当于注射器，柔性变形体1此时充当无摩擦的活塞在支撑管2内直线运动，实现“抓取”液体。

当需要抓取表面光滑的物体时，吸盘6被安装在支撑管9末端，此时柔性变形体1此时充当无摩擦的活塞在支撑管2内直线运动通过后退、降压起到真空吸盘的作用实现物体抓取。

当支撑管2靠近电机31运动时，柔性内膜12向外翻滚转换成柔性外膜11，抓取的物体被释放。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种电动多功能柔性机械手，其特征在于：包括柔性变形体（1）、支撑管（2）、电驱动机构（3）和限位导向杆（4）；

所述柔性变形体（1）为具有内外柔性膜并含充液的筒状结构，柔性变形体（1）的外柔性膜可以向内翻滚变成内柔性膜，同时，内柔性膜向外翻滚变成外柔性膜，支撑管（2）的两端敞口，外柔性膜与支撑管（2）的内壁紧密贴合接触；

电驱动机构（3）安装在支撑管（2）的另一端和伸入支撑管（2）内的柔性变形体（1）内部；电驱动机构（3）和支撑管（2）上安装有限定支撑管（2）转动的限位导向杆（4），支撑管（2）由电驱动机构（3）驱动而沿轴向在导向杆上直线运动，并带动外柔性膜和内柔性膜在支撑管（2）内壁上相互翻滚；

所述电驱动机构（3）包括电机（31）、丝杠副、盖板（32）、连接件（33）和弹簧（35）；

连接件（33）与柔性变形体（1）连接，连接件（33）上设有与丝杠副的丝杠（341）一端配合安装的轴承，丝杠副的丝杠（341）另一端与电机输出端连接，丝杠副的丝母（342）固装在盖板（32）的中心孔上，盖板（32）固装在支撑管（2）的另一端，限位导向杆（4）一端固装在电机座上，另一端穿过设在支撑管（2）另一端上的支耳通孔内并能滑动，弹簧（35）套在丝杠（341）上，弹簧（35）的一端抵在轴承上，另一端固定在丝母（342）上；

所述机械手还包括吸头（5），吸头（5）为主要由连接为一体的柱形段和锥形段组成，柱形段内开设内螺纹，支撑管（2）的一端外壁上开设有与所述内螺纹配合的后段外螺纹（21），吸头（5）旋拧在支撑管（2）上，或者，所述机械手还包括吸盘（6），所述吸盘（6）的中心孔加工有内螺纹，支撑管（2）的一端外壁上开设有与所述内螺纹配合的前段外螺纹（22），吸盘（6）旋拧在支撑管（2）上。

2.根据权利要求1所述一种电动多功能柔性机械手，其特征在于：所述柔性变形体（1）是由一柔性管体向外翻折后再将柔性管体的内外两端粘合封闭而形成的双层管，在内外柔性膜之间的封闭空间内有填充液。

3.根据权利要求2所述一种电动多功能柔性机械手，其特征在于：所述连接件（33）为结构相同的两半件组装而成，每半件上加工有存储柔性膜的配合凹面（331），每半件上还加工有配合槽（332），每半件上还加工有固定孔（333），两个半件通过固定孔（333）内的螺栓组件固定在一起，两个配合凹面（331）将存储柔性膜夹持将柔性变形体（1）固定，两个配合槽（332）闭合后固定轴承。

4.根据权利要求2所述一种电动多功能柔性机械手，其特征在于：所述双层管为硅胶管。

5.根据权利要求4所述一种电动多功能柔性机械手，其特征在于：所述支撑管（2）为3D打印制成的支撑管。

6.根据权利要求2所述一种电动多功能柔性机械手，其特征在于：所述双层管为透明管体或半透明管体。

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