CN110509266A - 一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置，涉及机器人技术领域，包括圆形基座，圆形基座底部等间距的设置有三个软体手臂；软体手臂包括上端盖和下端盖；上端盖上对称开设有四个供气孔，四个供气孔中距离圆形基座的圆心最远和最近的两个供气孔底部分别连接有缩短气动人工肌肉，剩余的两个供气孔底部分别连接有伸长气动人工肌肉；缩短气动人工肌肉和伸长气动人工肌肉包括硅胶内腔，硅胶内腔外侧设置有编织物，编织物外侧设置有纸质拉伸结构。本发明提供的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，使在上下料过程中刚度调节恰当，能抓取易碎或者易产生塑性变形的物件，且能够调整抓手的纵向长度从而适应不同物件的上下料。

Description

一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置。

背景技术

随着工业加工生产自动化程度的提高，自动化生产设备的需求越来越大，机器人由于其自动化程度高在越来越多的领域得到广泛应用。

机械抓手是机器人中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地进行抓取工作。在工厂流水线上，机器人在进行夹取工件时通常需要安装调试抓手，对加工产品上料卸料时，一般会采用机械抓手，为了获得满意的抓取效果，机械抓手大多为刚性抓手，极易损坏抓取物体。并且目前使用的上下料抓手纵向的行程限制较大，如果仅仅为了获得满足的纵向行程对送料机器进行改造，成本较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置，以解决上述现有技术存在的问题，使在上下料过程中刚度调节恰当，能抓取易碎或者易产生塑性变形的物件，且能够调整抓手的纵向长度从而适应不同物件的上下料。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置，包括圆形基座，所述圆形基座底部等间距的设置有三个软体手臂；所述软体手臂包括上端盖和下端盖；所述上端盖上对称开设有四个供气孔，四个所述供气孔中距离所述圆形基座的圆心最远和最近的两个供气孔底部分别连接有缩短气动人工肌肉，剩余的两个供气孔底部分别连接有伸长气动人工肌肉；所述缩短气动人工肌肉和所述伸长气动人工肌肉的底部均与下端盖连接；所述缩短气动人工肌肉和所述伸长气动人工肌肉包括硅胶内腔，所述硅胶内腔外侧设置有编织物，所述编织物外侧设置有纸质拉伸结构。

可选的，所述下端盖为半球形结构，所述下端盖的底部外表面上包覆有覆盖物，所述覆盖物为Ecoflex覆盖物。

可选的，所述圆形基座为内部中空的圆筒状结构，所述圆形基座的内壁上对称设置有三个小圆环，所述上端盖通过螺栓固定于所述小圆环内。

可选的，所述上端盖的底部和下端盖的顶部均分别设置有卡箍，所述硅胶内腔、编织物和纸质拉伸结构的两端均通过所述卡箍分别与所述上端盖和下端盖固定连接。

可选的，所述上端盖和下端盖之间对称设置有四个所述纸质拉伸结构，所述纸质拉伸结构包括多个依次粘接的纸环。

可选的，所述纸环包括两个对称设置的半圆环；所述半圆环一端为内凹的圆弧结构，另一端为梯形结构；两个所述半圆环的梯形结构远离圆弧结构的一端固定连接。

可选的，相邻两个所述纸环之间通过圆弧结构的两侧臂粘接。

可选的，相邻两个所述纸质拉伸结构上对应的所述纸环之间通过亚克力连接板粘接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明结构简单，重量轻、体积小；实现了柔性抓取。调整抓手的纵向长度从而能够适应不同尺寸物件的上下料。气动肌肉形变较大导致柔性机械手工作空间大。机械手刚度与长度解耦，能够在任意工作范围实现柔性抓取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明四腔变刚度气动肌肉抓手装置结构示意图；

图2为图1所示四腔变刚度气动肌肉抓手装置的俯视图；

图3为图1所示四腔变刚度气动肌肉抓手装置的局部剖视图；

图4为图1所示四腔变刚度气动肌肉抓手装置的纸质拉伸结构示意图；

图5为图1所示四腔变刚度气动肌肉抓手装置的伸长气动肌肉与缩短气动肌肉示意图；

其中，1为第一软体手臂、2为第二软体手臂、3为圆形基座、4为第三软体手臂、5为螺栓、6为供气孔、7为下端盖、8为覆盖物、9为卡箍、10为硅胶内腔、11为编织物、12为纸质拉伸结构、13为上端盖、14为亚克力连接板、 15为第一缩短气动人工肌肉、16为第二缩短气动人工肌肉、17为第一伸长气动人工肌肉、18为第二伸长气动人工肌肉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置，以解决上述现有技术存在的问题，使在上下料过程中刚度调节恰当，能抓取易碎或者易产生塑性变形的物件，且能够调整抓手的纵向长度从而适应不同物件的上下料。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置，如图1-图5所示，包括圆形基座3，圆形基座3采用3D打印用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制作，镂空结构用以减轻重量，方便安装在不同的工作环境；圆形基座3底部等间距的设置有三个软体手臂，分别为第一软体手臂1、第二软体手臂2和第三软体手臂4；三个软体手臂均包括上端盖13和下端盖7；上端盖13上对称开设有四个供气孔6，四个供气孔6中距离圆形基座3的圆心最远和最近的两个供气孔 6底部分别连接有缩短气动人工肌肉，剩余的两个供气孔6底部分别连接有伸长气动人工肌肉，两根伸长气动肌肉与两根缩短气动肌肉呈正方形阵列安装布置；缩短气动人工肌肉和伸长气动人工肌肉的底部均与下端盖7连接；缩短气动人工肌肉和伸长气动人工肌肉均分别包括硅胶内腔10，硅胶内腔10外侧设置有编织物11，编织物11外侧设置有纸质拉伸结构12。编织物11由尼龙丝组成，并以反对称螺旋形排列。伸长气动肌肉的硅胶内腔10和编织物11紧密密封，并连接到刚性端部配件上，通常通过这些端部配件中的一个提供通道，以便用空气或其他流体对弹性腔施加压力。伸长气动肌肉的编织物11的编织纤维与硅胶内腔10纵轴的初始编织纤维角为71°，当硅胶内腔10加气压时，肌肉扩张变硬。缩短气动肌肉与伸长气动肌肉的结构组成相同，区别在于缩短气动肌肉的编织纤维与硅胶内腔10纵轴的初始编织纤维角为35°，当内弹性管加气压时，肌肉缩短变硬。

进一步优选的，下端盖7为半球形结构，下端盖7的底部外表面上包覆有覆盖物8，覆盖物为Ecoflex覆盖物。圆形基座3为内部中空的圆筒状结构，圆形基座3的内壁上对称设置有三个小圆环，上端盖13通过螺栓5和法兰盘固定于小圆环内。

上端盖13的底部和下端盖7的顶部均分别设置有卡箍9，硅胶内腔10、编织物11和纸质拉伸结构12的两端均通过卡箍9分别与上端盖13和下端盖 7固定连接。上端盖13和下端盖7之间对称设置有四个纸质拉伸结构12，纸质拉伸结构包括多个依次粘接的纸环。纸环包括两个对称设置的半圆环；半圆环一端为内凹的圆弧结构，另一端为梯形结构；两个半圆环的梯形结构远离圆弧结构的一端固定连接。相邻两个纸环之间通过圆弧结构的两侧臂粘接。相邻两个纸质拉伸结构上对应的纸环之间通过亚克力连接板粘接。

下端盖7用于密封以及抓取工件，Ecoflex覆盖物8设置在下端盖7表面，用于增大摩擦系数，防止抓取工件时发生相对位移，卡箍9分别设置在上端盖 13与硅胶内腔10外以及下端盖7与硅胶内腔10外，作用是将上端盖13或下端盖7与纸质拉伸结构12，编织物11，硅胶内腔10的相对位置固定。纸质拉伸结构12，编织物11和硅胶内腔10同轴装配，加压过程中同步伸长或者缩短。

参见图2，图3和图5，四腔变刚度气动肌肉抓手装置包括三个结构相同的软体手臂，分别为第一软体手臂、第二软体手臂和第三软体手臂；以第一软体手臂1为例，在圆形基座3上有四个供气孔6，分别给两个缩短气动人工肌肉和两个伸长气动人工肌肉供气；两个缩短气动人工肌肉即第一缩短气动人工肌肉15、第二缩短气动人工肌肉16；两个伸长气动人工肌肉即第一伸长气动人工肌肉17、第二伸长气动人工肌肉18。连接第一缩短气动肌肉15和第二缩短气动肌肉16的供气孔为离圆形基座3的圆心最远的供气孔和最近的供气孔，剩下两个供气孔连接的则是第一伸长气动人工肌肉17、第二伸长气动人工肌肉18。

参见图4，纸质拉伸结构12是由多个纸环粘接而成，纸环的上侧两个粘结点呈水平180°分布，下侧两个粘结点呈水平180°分布，粘结材料采用的是401胶水。以图示纸环为例，其中相隔180°的两个粘结点与上层纸环的两个粘结点相连，剩余两个粘结点与下层纸环的两个粘结点相连，这样层层相叠就能构成一个纸质拉伸结构。

参见图3亚克力连接板14将相邻的纸质拉伸结构12用胶粘结，用来保持相邻纸质拉伸结构12在同一平面，从而保证软体手臂的两个缩短气动人工肌肉和两个伸长气动人工肌肉同步变形。

本发明的抓取过程如下：

(抓取过程三个软体手臂动作相同，以第一软体手臂1为例。

1)初始状态为四根并联布置的气动人工肌肉均未供气。

2)给两根伸长气动人工肌肉供气使得第一软体手臂1伸长。

3)给两根缩短气动人工肌肉供气使得第一软体手臂1缩短至抓取位置，并且达到合适刚度。

4)给距离圆形基座3的圆心较近的1根缩短气动人工肌肉供气，使得第一软体手臂1向内弯曲，并与其他软体手臂配合，直至完全抓取工件。

整个系统运转的过程中，各个系统的控制动作均由一台电脑控制，以实现自动化无人操作的目的。本发明采用气动肌肉抓手代替机械抓手，气动装置采用新型气动肌肉组合，拉伸装置由柔性纸张裁剪成若干个平面圆环粘结而成，实现轴向拉升。所述纸质拉伸结构内装有沿长孔长度方向延伸的弹性管体，所述弹性管体的两端设有密封结构以使弹性管体内形成封闭气腔。弹性管体外层由编织丝制作的编织管覆盖。所述定位器头上还设有用于与充气装置连接的充气孔道，所述充气孔道还与所述弹性管体内相通。本发明弹性管体充气后，实现对被抓取物的柔性夹持，不会损坏夹持物件。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：包括圆形基座，所述圆形基座底部等间距的设置有三个软体手臂；所述软体手臂包括上端盖和下端盖；所述上端盖上对称开设有四个供气孔，四个所述供气孔中距离所述圆形基座的圆心最远和最近的两个供气孔底部分别连接有缩短气动人工肌肉，剩余的两个供气孔底部分别连接有伸长气动人工肌肉；所述缩短气动人工肌肉和所述伸长气动人工肌肉的底部均与下端盖连接；所述缩短气动人工肌肉和所述伸长气动人工肌肉包括硅胶内腔，所述硅胶内腔外侧设置有编织物，所述编织物外侧设置有纸质拉伸结构。

2.根据权利要求1所述的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：所述下端盖为半球形结构，所述下端盖的底部外表面上包覆有覆盖物，所述覆盖物为Ecoflex覆盖物。

3.根据权利要求1所述的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：所述圆形基座为内部中空的圆筒状结构，所述圆形基座的内壁上对称设置有三个小圆环，所述上端盖通过螺栓固定于所述小圆环内。

4.根据权利要求1所述的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：所述上端盖的底部和下端盖的顶部均分别设置有卡箍，所述硅胶内腔、编织物和纸质拉伸结构的两端均通过所述卡箍分别与所述上端盖和下端盖固定连接。

5.根据权利要求1所述的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：所述上端盖和下端盖之间对称设置有四个所述纸质拉伸结构，所述纸质拉伸结构包括多个依次粘接的纸环。

6.根据权利要求5所述的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：所述纸环包括两个对称设置的半圆环；所述半圆环一端为内凹的圆弧结构，另一端为梯形结构；两个所述半圆环的梯形结构远离圆弧结构的一端固定连接。

7.根据权利要求6所述的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：相邻两个所述纸环之间通过圆弧结构的两侧臂粘接。

8.根据权利要求6所述的四腔变刚度气动肌肉抓手装置，其特征在于：相邻两个所述纸质拉伸结构上对应的所述纸环之间通过亚克力连接板粘接。