CN110103249A - 一种自适应仿软体机器人抓手 - Google Patents

Abstract

一种自适应仿软体机器人抓手，包括基座、电机、指单元、连杆机构和软橡胶，每个指单元由6个指段单元组成。每个指单元只需一个电机就可以驱动6个指段单元，使每个指段单元都能贴在物体表面上，除了具有接近气动软体抓手柔韧的特性，还能够适应抓取各种不规则形状的物体，设置在指节单元上的软橡胶可以防止指段单元刚性接触物体，还能很好地实现对易碎、易烂物体的无损抓取，从而可以达到更好的模拟仿软体抓手。本发明相比于气动软体抓手，控制更加方便可靠，结构更加简单、成本更低。

Description

一种自适应仿软体机器人抓手

技术领域

本发明涉及软体抓手领域，特别是一种自适应仿软体机器人抓手，指段单元可以设置成7段、8段以上或者根据抓手作业的物体表面来设置出多种指段单元。

背景技术

传统机械抓手是由一定硬度的刚性结构组成，具有高度精确性和易于控制，但其形状只能适应特定的外部约束和障碍，灵活度不高，自适应性不强。中国发明专利CN105583835B公开了一种连杆闭环柔性平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指端、第二指端、近关节轴、远关节轴和驱动器；该装置既能平动第二指端夹持物体，也能自适应包络不同形状、大小的物体，但该装置只能设置成两个指段，具有一定的局限性，对于大一点的物体不能实现完全包络式抓取，因此自适性不强。

软体抓手是当今机器人技术的新兴热点和未来发展前沿方向的研究之一，与传统刚性的机械抓手相比，表现出了前所未有的适应性、灵敏性和敏捷性。中国专利CN108555958A申请公开了一种自适应式软体抓手,该软体抓手包括滑块轨道支架、固定安装于滑块轨道支架上的端盖、安装于滑块轨道支架内的螺旋轨道盘等，但该软体抓手缺乏有效的驱动方式且控制较为复杂。除此之外，软体抓手理论上存在较多自由度，而驱动器个数有限，属于欠驱动系统，而且软材料本身特性复杂，现有动力学模型理论上可行，但实际中并不适合于控制。

目前，未见有结合刚性机械抓手和软体抓手的特性，来设置一种既具有刚性机械抓手高度精确性和易于控制的优点，同时也具有软体抓手适应性强优点的自适应仿软体机器人抓手

发明内容

本发明的目的是提供一种自适应仿软体机器人抓手，它具有多个指段单元，理论上和软体抓手一样能具有较多的自由度，但每个指单元只需一个电机就可以驱动6个指段单元，并依次接触物体表面，多个指段单元的设置加上设置在每个指段下面的软橡胶能更好的模拟软体抓手并且类似于软体能无限接近物体表面，因此它具有高度精确性、抓曲面大，自适应性强、灵活度高、稳定性高、结构简单的特点。

本发明的技术方案是：一种自适应仿软体机器人抓手，组成元件包括基座、电机、指单元、连杆机构和软橡胶，所述组成元件的具体结构和连接关系为：

所述的基座由四个固定支座组成，每个固定支座与指单元铰接；

所述的电机通过电机座安装在支座上，电机轴固定连接于摇杆下端；

所述的指单元包括指段单元和指内组件，所述的指段单元包括第一指段、第二指段、第三指段、第四指段、第五指段、第六指段和扭簧，每个指段首尾相铰接且连接处装有扭簧，所述的指内组件包括指内第一圆柱滑杆、弹簧、指内第一连杆、指内第二连杆、指内第一空心圆柱杆、指内第一平行杆、指内第二平行杆和指内接触杆，指内第一圆柱滑杆通过指内圆孔装配在第一指段内，另一端与指内第一连杆铰接，弹簧装配在指内第一圆柱滑杆上，一端固定连接在指内第一圆柱滑杆下端，另一端固定连接在第一指段，指内第二连杆一端与指内第一连杆铰接，中间端与第一指段铰接，另一端通过圆柱副与指内第一空心圆柱杆连接，指内第一平行杆上端与第一指段铰接，下端与接触杆铰接，指内第二平行杆上端与第一指段铰接，下端与接触杆铰接，指内接触杆的中上部分与指内第一空心圆柱杆的下端铰接；

所述的连杆机构包括摇杆、第一连杆、第二连杆、推杆和滑块，摇杆一端与第一连杆、推杆铰接，第二连杆一端与第一指段铰接，另一端与第一连杆铰接，滑块通过指内滑槽的圆柱副与第一指段连接且滑块上端与推杆铰接，所述的第二指段、第三指段、第四指段、第五指段和第六指段与第一指段的结构及组成元件的连接关系相同，所述的软橡胶设置在指内下端。当第一个指段碰到物体表面时，接触杆向上移动，触发指内多杆机构转动，使指内第一圆柱滑杆向下移动，解除了对滑块的移动限制，并且第一指段在扭簧扭力和滑块对第一指段的反作用力下产生接触力，使第一指段紧紧接触在不规则曲面的物体表面上，但剩余的指段单元和连杆机构、指内多杆机构由于指内第一圆柱滑杆上端和滑槽上端继续限制住滑块的移动，此时，剩余的指段单元也仍然固结为一个整体，在摇杆的继续转动下，剩余的指段单元和连杆机构、指内组件重复第一指段单元步骤，使指段单元依次贴在不规则的物体表面上，可以包络任何曲面的物体表面。

所述的指内第一圆柱滑杆上端和滑槽上端共同限制住滑块移动。

所述的每个指段单元相对于前一指段单元按照逆时针旋转30度来铰链安装。

所述的指内圆孔位于第一指段的左上部分。

所述的指内第一平行杆和指内第二平行杆相互平行。

本发明的突出优点在于：

1、在接触杆接触到物体表面时，触发连杆机构和指内多杆机构的连续转动，使指段单元对物体表面产生比较小的挤压力，从而保证了物体的安全性，降低了物体的损伤

2、单个电机通过连杆机构和指内多杆机构来驱动每个手指的指段单元，降低了电机控制的难度，使操作更简单。

3、在第一个指段碰到物体表面时，接触杆向上移动，触发指内多杆机构转动，使指内第一圆柱滑杆向下移动，解除了对滑块的移动限制，并且第一指段在扭簧扭力和滑块对第一指段的反作用力下产生接触力，使第一指段紧紧接触在不规则曲面的物体表面上，但剩余的指段单元和连杆机构、指内多杆机构由于指内第一圆柱滑杆上端和滑槽上端继续限制住滑块的移动，此时，剩余的指段单元也仍然固结为一个整体，在摇杆的继续转动下，剩余的指段单元和连杆机构、指内组件重复第一指段单元步骤，使指段单元依次贴在不规则的物体表面上，可以包络任何曲面的物体表面，从而具有很强的自适应性。

4、每个指段单元相对于前一指段单元逆时针旋转30度通过铰链安装的方式使指单元具有更大的抓取范围。

5、每个指单元理论上可由7段、8段等以上指段单元组成或者根据抓手作业的物体表面来设置出多种指段单元。

附图说明

图1为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的自然状态下结构示意图。

图2为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一指的状态结构示意图。

图3为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指的状态结构示意图。

图4为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指的滑块状态结构示意图。

图5为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指的剖视图。

图6为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指接触不规则曲面的物体表面的示意图。

图7为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指到第二节指接触不规则曲面的物体表面的示意图。

图8为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指到第三节指接触不规则曲面的物体表面的示意图。

图9为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指到第四节指接触不规则曲面的物体表面的示意图。

图10为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指到第五节指接触不规则曲面的物体表面的示意图。

图11为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手的第一节指到第六节指接触不规则曲面的物体表面的示意图。

图12为本发明所述的自适应仿软体机器人抓手完全抓起不规则曲面的物体的示意图。

图中标记为：基座10、支座11、第一指段20、指内滑槽21、滑槽上端22、指内圆孔23、指内下端24、第二指段30、第三指段40、第四指段50、第五指段60、第六指段70、不规则曲面的物体80、电机座90、电机100、摇杆110、推杆120、第一连杆130、第二连杆140、滑块150、弹簧160、指内第一圆柱滑杆170、指内第一连杆180、指内第一平行杆190、指内第二连杆200、指内第一空心圆柱杆210、指内第二平行杆220、接触杆230、扭簧240、软橡胶250。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图12所示，本发明所述的自适应仿软体机器人抓手，组成元件包括基座、电机、指单元、连杆机构和软橡胶，所述组成元件之间的具体结构和连接关系为：

所述的基座10由四个固定支座11组成，每个固定支座11与指单元铰接；

所述的电机100通过电机座90安装在支座11上，电机轴固定连接于摇杆110下端；

所述的指单元包括指段单元和指内组件，所述的指段单元包括第一指段20、第二指段30、第三指段40、第四指段50、第五指段60、第六指段70和扭簧240，每个指段首尾相铰接且连接处装有扭簧240；所述的指内组件包括指内第一圆柱滑杆170、弹簧160、指内第一连杆180、指内第二连杆200、指内第一空心圆柱杆210、指内第一平行杆190、指内第二平行杆220和指内接触杆230，指内第一圆柱滑杆170通过指内圆孔23装配在第一段指20内，另一端与指内第一连杆180铰接，弹簧160装配在指内第一圆柱滑杆170上，一端固定连接在指内第一圆柱滑杆170下端，另一端固定连接在第一指段20，指内第二连杆200一端与指内第一连杆180铰接，中间端与第一指段20铰接，另一端通过圆柱副与指内第一空心圆柱杆210连接，指内第一平行杆190上端与在第一指段20铰接，下端与接触杆230铰接，指内第二平行杆220上端与在第一指段20铰接，下端与接触杆230铰接，指内接触杆230的中上部分与指内第一空心圆柱杆210的下端铰接；

所述的连杆机构包括摇杆110、第一连杆130、第二连杆140、推杆120和滑块150，摇杆110一端与第一连杆130、推杆120铰接，第二连杆140一端与第一指段20铰接，另一端与第一连杆130铰接，滑块150通过指内滑槽21的圆柱副与第一指段20连接且滑块150上端与推杆120铰接；所述的第二指段30、第三指段40、第四指段50、第五指段60和第六指段70与第一指段20的结构及组成元件的连接关系相同。

所述的软橡胶250设置在指内下端24。

所述的指内第一圆柱滑杆170上端和滑槽上端22共同限制住滑块150移动。

所述的每个指段单元相对于前一指段单元按照逆时针旋转30度来铰链安装。

所述的指内圆孔23位于第一指段20的左上部分。

所述的指内第一平行杆190和指内第二平行220杆相互平行。

工作原理及过程：

以抓取不规则曲面的物体为例。

在第一指段20未接触到不规则曲面的物体表面80前，第一指段20内的滑块150由于指内滑槽上端22和指内第一圆柱滑杆170的上端挡住，限制住滑块150的移动，且指内第一圆柱滑杆170在弹簧160的作用下相对于第一指段20保持不动，使滑块150和第一指段20以及指内第一圆柱滑杆170胶合为一整体，并且摇杆110、推杆120和第一指段20构成四杆机构，此时第二指段30、第三指段40、第四指段50、第五指段60、第六指段70以及多杆机构和指内组件的装配连接关系如第一指段一样，如图1所示。电机100驱动摇杆110开始转动，当第一指段20的接触杆230接触到不规则曲面的物体80表面时，指内接触杆230贴在物体表面不动，指内第一圆柱滑杆170向下移动，直到第一指段20也接触到物体表面，此刻，指内第一圆柱滑杆170解除对滑块150的限制，滑块150可以自由移动，并且在第一指段20的扭簧240在扭力作用下以及推杆120对第一指段20产生的反作用力下，使第一指段20的指段下面24紧紧贴在不规则曲面的物体80表面并保持不动，如图6所示，但剩余的指段单元和连杆机构、指内组件由于指内第一圆柱滑杆170上端和滑槽上端22继续限制住滑块移动，此时，剩余的指段单元也任然固结为一个整体，在摇杆110的继续转动下，剩余的指段单元和连杆机构、指内组件重复第一指段单元步骤，使剩余的指段单元依次贴在不规则曲面的物体80表面上，从而完成一个包络不规则曲面的物体过程，如图7至图12所示。

以上例子只是本发明所应用的一部分，特别说明，不规则曲面物体既包括有规则曲面物体，如圆柱水杯。也包括无规则曲面物体，如苹果。

Claims (5)

1.一种自适应仿软体机器人抓手，组成元件包括基座、电机、指单元、连杆机构和软橡胶，其特征在于，所述组成元件的具体结构和连接关系为：

所述的基座由四个固定支座组成，每个固定支座与指单元铰接；

所述的电机通过电机座安装在支座上，电机轴固定连接于摇杆下端；

所述的指单元包括指段单元和指内组件，所述的指段单元包括第一指段、第二指段、第三指段、第四指段、第五指段、第六指段和扭簧，每个指段首尾相铰接且连接处装有扭簧，所述的指内组件包括指内第一圆柱滑杆、弹簧、指内第一连杆、指内第二连杆、指内第一空心圆柱杆、指内第一平行杆、指内第二平行杆和指内接触杆，指内第一圆柱滑杆通过指内圆孔装配在第一指段内，另一端与指内第一连杆铰接，弹簧装配在指内第一圆柱滑杆上，一端固定连接在指内第一圆柱滑杆下端，另一端固定连接在第一指段，指内第二连杆一端与指内第一连杆铰接，中间端与第一指段铰接，另一端通过圆柱副与指内第一空心圆柱杆连接，指内第一平行杆上端与第一指段铰接，下端与接触杆铰接，指内第二平行杆上端与第一指段铰接，下端与接触杆铰接，指内接触杆的中上部分与指内第一空心圆柱杆的下端铰接；

所述的连杆机构包括摇杆、第一连杆、第二连杆、推杆和滑块，摇杆一端与第一连杆、推杆铰接，第二连杆一端与第一指段铰接，另一端与第一连杆铰接，滑块通过指内滑槽的圆柱副与第一指段连接且滑块上端与推杆铰接，所述的第二指段、第三指段、第四指段、第五指段和第六指段与第一指段的结构及组成元件的连接关系相同，所述的软橡胶设置在指内下端。当第一个指段碰到物体表面时，接触杆向上移动，触发指内多杆机构转动，使指内第一圆柱滑杆向下移动，解除了对滑块的移动限制，并且第一指段在扭簧扭力和滑块对第一指段的反作用力下产生接触力，使第一指段紧紧接触在不规则曲面的物体表面上，但剩余的指段单元和连杆机构、指内多杆机构由于指内第一圆柱滑杆上端和滑槽上端继续限制住滑块的移动，此时，剩余的指段单元也仍然固结为一个整体，在摇杆的继续转动下，剩余的指段单元和连杆机构、指内组件重复第一指段单元步骤，使指段单元依次贴在不规则的物体表面上，可以包络任何曲面的物体表面。

2.根据权利要求1所述的一种自适应仿软体机器人抓手，其特征在于，所述的指内第一圆柱滑杆上端和滑槽上端共同限制住滑块移动。

3.根据权利要求1所述的一种自适应仿软体机器人抓手，其特征在于，所述的每个指段单元相对于前一指段单元按照逆时针旋转30度来铰链安装。

4.根据权利要求1所述的一种自适应仿软体机器人抓手，其特征在于，所述的指内圆孔位于第一指段的左上部分。

5.根据权利要求1所述的一种自适应仿软体机器人抓手，其特征在于，所述的指内第一平行杆和指内第二平行杆相互平行。