CN110524568B - 叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置 - Google Patents

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Abstract

叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，属于机器人手技术领域，包括基座、滑管组件、流体泵、流体腔室、流体和叠片伸缩组件。该装置利用等综合实现了机器人手通用抓取功能。该装置通过阵列排布的多个滑管获得多点接触，利用滑管在导杆上的被动滑动来适应不同形状、尺寸的物体，达到自适应特性；在抓取物体时，通过流体、流体腔室和叠片伸缩组件推动多个导杆在基座的滑槽中滑动，实现多滑管的同时快速抓取；由于采用叠片伸缩组件使得抓取力大；利用了连通的流体获得了多个滑管对物体的抓取力自动协调与平衡，对传感与控制要求低，控制容易，对物体施加的抓取力分布均匀。该装置适用于各种需要通用抓取不同形状、尺寸物体的场合。

Description

叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置
技术领域
本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置的结构设计。
背景技术
机器人手是机器人实施抓取的部件。由于人手具有多个手指，每个手指多个关节，因而人手可以轻松抓取不同尺寸形状的物体，具有很高的适应性，模仿人手成为机器人手很重要的一种趋势。但是在几十年的机器人手偏向人手研究中，研究者有不少分析结果表明，人手的核心是抓取的自适应性，为了达到自适应的抓取不一定只能利用多指多关节的仿人手构造，其他类型的结构也许同样会获得高效的自适应抓取效果。于是产生了较多的不仿人手外形和构造而具有自适应抓取效果的外型特种手诞生。
在特种手方面，1985帝国理工的Peter开发出了比较早期的双组滑管阵列自适应手，两组滑管阵列在物体挤压下，先上下滑动去适应物体的外形，然后通过左右合拢两组滑管来达到对物体的抓取。其不足之处在于：该手对超过其两组合拢方向的长条形物体无法实施抓取，而在抓取物体小于其一组边界而不能同时接触两组杆的小物体抓取力较小，抓取不稳定。
付宏设计了具有全向聚拢的根部转动滑管阵列自适应手，可以抓取不同方向的物体，其不足之处在于：该手无法让多杆在抓取物体时有较接近的抓取力，从而外观上看多杆参与了抓取，其实由于是根部关节转动杆，接触物体的地方多为点接触，而非线接触或面接触，且外围的滑管被腱绳捆住，外围的滑管会产生抓取力，但内部的滑管没有直接接触腱绳，内部的滑管并没有力量施加在物体上，导致抓取力不均，抓取不稳定，影响其在实际中的应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置。该装置具有通用抓取的效果——适合抓取不同形状、尺寸的物体，能够在抓取物体时获得更多的接触点，适应能力强，抓取稳定，抓取力均匀，能够实现平行夹持抓取——从而适合抓取水平工作台上的薄板物体，对传感与控制要求低。
本发明的技术方案如下：
本发明设计的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，包括基座和N个滑管组件；所述滑管组件包括导杆、滑管、簧件和弹性薄膜；在每个所述滑管组件中，所述滑管滑动套接在导杆上，所述簧件的两端分别连接导杆和滑管，所述弹性薄膜套接在滑管上；所有所述导杆的中心线相互平行；所述基座上有N个通孔；所述导杆穿过相应的通孔；其特征在于：该叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置还包括流体泵、流体、N个叠片伸缩组件和至少一个流体腔室；所述通孔为滑槽；所述导杆滑动镶嵌在相应的滑槽中；所述流体腔室固接于基座中；所述流体腔室设有流体接口，所述流体泵通过流体接口与流体腔室相连通；所述叠片伸缩组件包括远端叠片、近端叠片、滑轴、至少一个中间叠片、安装套筒和柔性薄膜；在每个所述叠片伸缩组件中，所述远端叠片套固在滑轴上，所述中间叠片滑动套接在滑轴上，所述近端叠片滑动套接在滑轴上，所述近端叠片与安装套筒固接，所述柔性薄膜包裹着所有中间叠片，柔性薄膜的一端与远端叠片固接，柔性薄膜的另一端与近端叠片固接，柔性薄膜与各个中间叠片的边缘分别固接；所述柔性薄膜采用柔性材料；所述滑轴滑动镶嵌在安装套筒中；所述安装套筒与流体腔室固接；所述滑轴与相应的导杆固接；每个叠片伸缩组件的远端叠片、所有中间叠片、近端叠片和柔性薄膜均位于在流体腔室中；所有滑轴的中心线与相应的滑槽的中心线相互平行；所述流体腔室的内部为密封空间；所述流体充满该密封空间；所述流体泵为具有可逆作用的流体泵；所有所述滑槽的滑动方向为从四周向中心聚拢的方向；其中，N为大于5的自然数。
本发明所述的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，其特征在于：所述流体为气体，所述流体泵为气泵。
本发明所述的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，其特征在于：所述流体为液体，所述流体泵为液压泵。
本发明所述的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，其特征在于：所述液体为水。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：
本发明装置利用流体泵、流体腔室、流体、叠片伸缩组件和滑管组件等综合实现了机器人手通用抓取功能。该装置通过阵列排布的多个滑管获得多点接触，利用滑管在导杆上的被动滑动来适应不同形状、尺寸的物体，达到自适应特性；在抓取物体时，通过流体、流体腔室和叠片伸缩组件推动多个导杆在基座的滑槽中滑动，实现多滑管的同时快速抓取；由于采用叠片伸缩组件使得抓取力大；利用了连通的流体获得了多个滑管对物体的抓取力自动协调与平衡，对传感与控制要求低，控制容易，对物体施加的抓取力分布均匀。该装置适用于各种需要通用抓取不同形状、尺寸物体的场合。
附图说明
图1是本发明设计的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置的一种实施例的立体视图。
图2是图1所示实施例的另一个角度的立体视图。
图3是图1所示实施例的侧视外观图。
图4是图3的底部视图
图5是图3的俯视图。
图6是图5的A-A转折剖视图。
图7是图6的B区域放大视图。
图8至图10是图1所示实施例的抓取过程图。
图11是图10的立体视图。
图12是图11的转折剖视图(剖切位置与图5中的A-A剖切位置相同)。
在图1至图12中：
1－基座， 11－下层板， 111－第一滑槽， 12－中层板，
121－第二滑槽， 13－上层板， 131－第三滑槽， 21－第一流体腔室，
211－第一端口 22－第二流体腔室， 221－第二端口， 3－流体，
4－导杆， 41－套筒 5－滑管， 6－弹性薄膜，
7－簧件， 81－远端叠片， 82－中间叠片， 83－滑轴，
84－近端叠片 85－柔性薄膜, 86－安装套筒， 9－物体，
90－工作台面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。
本发明设计的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，包括基座和N个滑管组件；所述滑管组件包括导杆、滑管、簧件和弹性薄膜；在每个所述滑管组件中，所述滑管滑动套接在导杆上，所述簧件的两端分别连接导杆和滑管，所述弹性薄膜套接在滑管上；所有所述导杆的中心线相互平行；所述基座上有N个通孔；所述导杆穿过相应的通孔；其特征在于：该叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置还包括流体泵、流体、N个叠片伸缩组件和至少一个流体腔室；所述通孔为滑槽；所述导杆滑动镶嵌在相应的滑槽中；所述流体腔室固接于基座中；所述流体腔室设有流体接口，所述流体泵通过流体接口与流体腔室相连通；所述叠片伸缩组件包括远端叠片、近端叠片、滑轴、至少一个中间叠片、安装套筒和柔性薄膜；在每个所述叠片伸缩组件中，所述远端叠片套固在滑轴上，所述中间叠片滑动套接在滑轴上，所述近端叠片滑动套接在滑轴上，所述近端叠片与安装套筒固接，所述柔性薄膜包裹着所有中间叠片，柔性薄膜的一端与远端叠片固接，柔性薄膜的另一端与近端叠片固接，柔性薄膜与各个中间叠片的边缘分别固接；所述柔性薄膜采用柔性材料；所述滑轴滑动镶嵌在安装套筒中；所述安装套筒与流体腔室固接；所述滑轴与相应的导杆固接；每个叠片伸缩组件的远端叠片、所有中间叠片、近端叠片和柔性薄膜均位于在流体腔室中；所有滑轴的中心线与相应的滑槽的中心线相互平行；所述流体腔室的内部为密封空间；所述流体充满该密封空间；所述流体泵为具有可逆作用的流体泵；所有所述滑槽的滑动方向为从四周向中心聚拢的方向；其中，N为大于5的自然数。
其中，设N为9。
本发明设计的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置的一种实施例，如图1至图7所示，包括基座1和9个滑管组件；其中，3个滑管组件均布位于内部的一个圆周上，6个滑管组件均布位于外部的一个圆周上；所述滑管组件包括导杆4、滑管5、簧件7和弹性薄膜6；在每个所述滑管组件中，所述滑管5滑动套接在导杆4上，所述簧件7的两端分别连接导杆4和滑管5，所述弹性薄膜6套接在滑管5上；所有所述导杆4的中心线相互平行。
本实施例中，所述基座包括筒壁、上层板13、中层板12和下层板11；所述上层板13、中层板12和下层板11分别与筒壁固接；所述上层板13、中层板12和下层板11分别位于上、中、下的位置且分开一定的距离。
本实施例中，所述基座1上有9个通孔；所述导杆4穿过相应的通孔，中间三个导杆穿过基座上的下层板、中层板和上层板；外围6个导杆穿过基座上的下层板和中层板。
本实施例还包括流体泵、流体3、9个叠片伸缩组件和2个流体腔室；其中，有3个叠片伸缩组件位于上层板和中层板之间，有6个叠片伸缩组件位于下层板和中层板之间。
本实施例中，所述流体腔室有2个，分别为第一流体腔室21和第二流体腔室22，如图6所示。
所述通孔为滑槽；所述滑槽分别为第一滑槽111、第二滑槽121和第三滑槽131；所述导杆4滑动镶嵌在相应的滑槽中；所述流体腔室固接于基座1中；所述流体腔室设有流体接口——第一端口211和第二端口221；所述流体泵通过流体接口211、221分别与流体腔室21、22相连通。
本实施例中，所述叠片伸缩组件包括远端叠片81、近端叠片84、滑轴83、2个中间叠片82、安装套筒85和柔性薄膜84，如图7所示。
在每个所述叠片伸缩组件中，所述远端叠片81套固在滑轴83上，所述中间叠片82滑动套接在滑轴83上，所述近端叠片84滑动套接在滑轴83上，所述近端叠片84与安装套筒85固接，所述柔性薄膜85包裹着所有中间叠片82，柔性薄膜85的一端与远端叠片81固接，柔性薄膜852的另一端与近端叠片84固接，柔性薄膜85与各个中间叠片82的边缘分别固接；所述柔性薄膜85采用柔性材料；所述滑轴83滑动镶嵌在安装套筒86中；所述安装套筒86与流体腔室固接；所述滑轴83与相应的导杆4固接；每个叠片伸缩组件的远端叠片81、所有中间叠片82、近端叠片84和柔性薄膜85均位于在流体腔室中；所有滑轴83的中心线与相应的滑槽的中心线相互平行；所述流体腔室的内部为密封空间；所述流体3充满该密封空间。
所述流体泵为具有可逆作用的流体泵；所有所述滑槽(第一滑槽111、第二滑槽121、第三滑槽131)的滑动方向为从四周向中心聚拢的方向，在本实施例中，基座的下层板11、中层板12和上层板13均为圆形(如图4、图5所示)，所有滑槽(第一滑槽111、第二滑槽121、第三滑槽131)的中心线均过圆心(如图4所示)。
本实施例的转折剖视图如图6所示，其中叠片伸缩组件局部放大图如图7所示。
本实施例中，所述流体3为液体，所述流体泵为液压泵。
本实施例中，所述液体为水。
本发明的另一种实施例中，所述流体3为气体，所述流体泵为气泵。
本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下。
本实施例的初始状态如图1至图7所示。
在抓取物体时，物体9放置在水平的工作台面90上，如图8所示。
机械臂下移，带动该装置下移，物体9接触到滑管5，推动滑管5上移，簧件7变形，由于滑管5众多，高高低低适应了物体9的外廓形状和尺寸，获得自适应效果，如图9所示；此时，流体泵从第一端口211和第二端口221将流体注入到第一流体腔室21与第二流体腔室22中，叠片伸缩组件受压，从而推动导杆4在基座1中水平滑动，导杆4在滑槽中滑动时，众多的滑管5对物体9施加了抓持力，在其中部分滑管5接触到物体9后，流体泵继续作用，将使得更多的滑管5接触并提供抓持力，此时，原来接触的滑管5被物体9阻挡而无法进一步平动，流体3在多个导杆4之间平衡了滑管5对物体9的抓持力，使得接触物体9的所有滑管5与被抓取物体9之间的抓持力达到了一种平衡状态，实现了抓取物体，如图10、图11、图12所示，抓取稳定，抓持力由流体泵通过流体提供。
释放物体的过程与上述过程相反，不再赘述。
本发明装置利用流体泵、流体腔室、流体、叠片伸缩组件和滑管组件等综合实现了机器人手通用抓取功能。该装置通过阵列排布的多个滑管获得多点接触，利用滑管在导杆上的被动滑动来适应不同形状、尺寸的物体，达到自适应特性；在抓取物体时，通过流体、流体腔室和叠片伸缩组件推动多个导杆在基座的滑槽中滑动，实现多滑管的同时快速抓取；由于采用叠片伸缩组件使得抓取力大；利用了连通的流体获得了多个滑管对物体的抓取力自动协调与平衡，对传感与控制要求低，控制容易，对物体施加的抓取力分布均匀。该装置适用于各种需要通用抓取不同形状、尺寸物体的场合。

Claims (4)

1.一种叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，包括基座和N个滑管组件；所述滑管组件包括导杆、滑管、簧件和弹性薄膜；在每个所述滑管组件中，滑管滑动套接在导杆上，所述簧件的两端分别连接导杆和滑管，所述弹性薄膜套接在滑管上；所有所述导杆的中心线相互平行；所述基座上有N个通孔；所述导杆穿过相应的通孔；其特征在于：该叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置还包括流体泵、流体、N个叠片伸缩组件和至少一个流体腔室；所述通孔为滑槽；所述导杆滑动镶嵌在相应的滑槽中；所述流体腔室固接于基座中；所述流体腔室设有流体接口，所述流体泵通过流体接口与流体腔室相连通；所述叠片伸缩组件包括远端叠片、近端叠片、滑轴、至少一个中间叠片、安装套筒和柔性薄膜；在每个所述叠片伸缩组件中，所述远端叠片套固在滑轴上，所述中间叠片滑动套接在滑轴上，所述近端叠片滑动套接在滑轴上，所述近端叠片与安装套筒固接，所述柔性薄膜包裹着所有中间叠片，柔性薄膜的一端与远端叠片固接，柔性薄膜的另一端与近端叠片固接，柔性薄膜与各个中间叠片的边缘分别固接；所述柔性薄膜采用柔性材料；所述滑轴滑动镶嵌在安装套筒中；所述安装套筒与流体腔室固接；所述滑轴与相应的导杆固接；每个叠片伸缩组件的远端叠片、所有中间叠片、近端叠片和柔性薄膜均位于流体腔室中；所有滑轴的中心线与相应的滑槽的中心线相互平行；所述流体腔室的内部为密封空间；所述流体充满该密封空间；所述流体泵为具有可逆作用的流体泵；所有所述滑槽的滑动方向为从四周向中心聚拢的方向；其中，N为大于5的自然数。
2.如权利要求1所述的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，其特征在于：所述流体为气体，所述流体泵为气泵。
3.如权利要求1所述的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，其特征在于：所述流体为液体，所述流体泵为液压泵。
4.如权利要求3所述的叠片伸缩平夹抓取滑管自适应机器人手装置，其特征在于：所述液体为水。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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