CN110561482A - 一种仿生柔性爪刺式对抓机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生柔性爪刺式对抓机构，由若干个爪刺机构和对抓机构基座组成，爪刺机构中部通过弹簧连接件与对抓机构基座连接，爪刺机构底部通过基座螺柱与对抓机构基座上的旋转固定孔连接，以基座螺柱为旋转支点，可上下旋转；对抓机构基座底部设置手动操作拉伸轴，手动操作拉伸轴顶部通过连杆与爪刺机构底部连接；同时由于单片爪刺的柔性设计，对抓机构和物体在突然施加一个较大的加速度时，依旧能够稳定地抓附在物体表面。本发明分为主动抓附、被动抓附与主动释放三个功能，具有抓附功能稳定高效，结构简单，操作便捷等优点。

Description

一种仿生柔性爪刺式对抓机构

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种仿生柔性爪刺式对抓机构。

背景技术

在机械加工领域、自动化生产等领域，对加工材料等物体的移动是一个十分重要的基础操作。现有的操作方式多为履带运输式和机械手式，在一些需要控制选择被操作物体的姿态或需要精准运送到特定区域的操作中，履带式并不适合该种作业条件，抓持式就可以发挥其优势性。在机器人领域，某些机器人需要某些特殊工作条件，例如有一定角度甚至垂直的墙体表面或自然坡面。在这种情况下需要机器人稳定地依附在工作面，甚至完成各种运动操作，此时则需要一种附着机构。

此类机构大体分为吸附式和抓附式两种不同的机构形式，其中吸附式的缺点主要有以下几点：吸附式结构所需要的功率较高，吸附过程中的噪音较大，对于含有大型不规则凹凸结构的表面吸附效果差。但是目前在工业操作中的抓附式机构比较成熟的为采用机械夹取，对于表面抓取的设计并不成熟，但是对于一些大型物体，夹取有着明显的不可操作的缺点。

当前表面抓取多采用刚性机构，在抓取过程中，由于必然会存在有一定运动加速度的作用，以及部分情况下可能随机产生被抓取物体的结构松动所产生加速度的作用，这些加速度作用尤其是随机的加速度的产生会对抓取过程的成功率产生较大的影响，而现有方法尚没较好地解决随机加速度问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生柔性爪刺式对抓机构。

实现本发明目的的技术方案为：一种仿生柔性爪刺式对抓机构，由若干个爪刺机构和对抓机构基座组成，爪刺机构中部通过弹簧连接件与对抓机构基座连接，爪刺机构底部通过基座螺柱与对抓机构基座上的旋转固定孔连接，以基座螺柱为旋转支点，可上下旋转；

对抓机构基座底部设置手动操作拉伸轴，手动操作拉伸轴顶部通过连杆与爪刺机构底部连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明分为主动抓附、被动抓附与主动释放三个功能，具有抓附功能稳定高效，结构简单，操作便捷等优点。

(2)抓取过程稳定。由于本发明在爪刺片等位置加入了柔性机构，对物体自身加速度所产生的附加作用起到了缓冲作用，同时将原有刚性结构中会产生对抓取意外脱落最关键因素之一的高频振动，在柔性设计中转化为低频振动，使得抓取稳定可靠。

(3)抓取效率高。由于本发明的抓取主要原理为通过设计爪刺机构的倾斜角度，当爪刺与粗糙面倾角小于摩擦角时，爪刺机构与物体表面形成自锁，故在原理上可以抓取任意存在表面粗糙度在Ra100以上的表面，且只要存在部分区域达到Ra100以上即可，并不要求被抓表面粗糙度完全在Ra100以上；高速实验表明，在抓取失败多是因为物体表明强度不足，极少有爪刺振动脱落的情况。

(4)结构简单。本发明机械结构简单、安装方便、体积较小、造价低；选用部件的质量均较轻，便于携带以及人工或机械操作。

(5)适应性广。本发明可适用于各种机械加工、自动化生产、机器人等工程情景；既可以充当机械生产中的抓取机构，又可以充当特种机器人中的抓附机构。

附图说明

图1是本发明仿生柔性爪刺式对抓结构示意图。

图2是本发明中爪刺机构的示意图。

具体实施方式

本发明提出一种仿生柔性爪刺式对抓机构，利用若干个柔性爪刺，通过弹簧固定在对抓结构基座上，形成对抓整体机构；

如图1所示，一种仿生柔性爪刺式对抓机构，由若干个爪刺机构3和对抓机构基座6组成，爪刺机构3中部通过弹簧连接件2与对抓机构基座6连接，爪刺机构3底部通过基座螺柱7与对抓机构基座6上的旋转固定孔5连接，以基座螺柱7为旋转支点，可上下旋转；

对抓机构基座6底部设置手动操作拉伸轴4，手动操作拉伸轴4顶部通过连杆与爪刺机构3底部连接。

进一步的，爪刺机构3由爪刺臂9、两个固定板14和若干爪刺片12组成；固定板14设置在爪刺片12两侧，与爪刺臂9连接，爪刺臂中部留有配合孔10，与旋转固定孔5相配合。爪刺片12与固定板14平行。

进一步的，爪刺机构3还包括三个销柱11，其中两个销柱用于固定板14与爪刺片12间的连接，另一个销柱用于固定板14与爪刺臂9的连接。

进一步的，每个爪刺片12由硬度A40至A60的柔性树脂、硬度A70至A85的硬树脂、两个金属弯钩15组成。靠近爪刺臂9一端为柔性树脂，远离端为硬树脂，金属弯钩15设置在硬树脂上。

进一步的，爪刺机构3均匀设置在对抓机构基座6外周。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例

如图1所示，一种仿生柔性爪刺式对抓机构，由若干个爪刺机构3通过弹簧连接件2与旋转固定孔5，以基座螺柱7为旋转支点，形成弹性三角形架构固定在对抓机构基座6上。该结构可在受到短暂正面挤压后，由于弹簧的弹性作用进行复位。

上述机构可以在在弹簧连接件2的作用下，通过爪刺机构3被动抓附于粗糙物体表面，也可以通过手动操作拉伸轴4，内部连杆各旋转连接孔连接并带动爪刺机构3绕固定轴同时向内侧旋转，从而主动抓附于粗糙物体表面。并通过拉伸轴4，主动释放被抓附的物体。对抓机构基座6底部设置有U型握把1。

如图2所示，爪刺机构3由爪刺臂9、两个固定板14和若干爪刺片12组成；销柱11起到固定爪刺机构的作用，其中两个销柱使得两个固定板与爪刺片配合，另一个销柱使得固定板与爪刺臂配合。

两个固定板分别位于爪刺片两侧，与爪刺片以及爪刺臂的指向相互平行。

爪刺臂中部留有配合孔10，使得爪刺臂可以与旋转固定孔5相配合。

爪刺机构中爪刺片12平均分为两组，其中每一组沿垂直固定板方向平行分布，两组之间沿平行固定板并指向金属弯钩外侧交错分布。

爪刺机构中，单个爪刺片12由硬度A40至A60柔性树脂13、硬度A70至A85硬树脂、两个金属弯钩15组成；其中两个金属弯钩分别位于爪刺片中部和最外侧，呈等距分布。当金属弯钩和被抓物体的粗糙表面接触时，由于柔性机构的作用，大部分的高频振动被缓冲掉，残余能量转化为冲击加速度较小的低频振动。

弹簧机构一侧固定在爪刺限位孔10上，另一侧固定在基座外伸固定孔8上，形成弹簧连接件2。

其中若干个爪刺机构3中，每两个爪刺机构3关于对抓机构基座6中轴线对称。

上述机构有两种抓附方式。其中被动抓附当在接触到粗糙物体表面时，由于被动接触使得爪刺将以对抓机构基座外沿为轴向外侧旋转，产生相对于对抓机构中轴线向外的位移，在弹簧连接件的作用下，使得爪刺产生向内的抓附力，该抓附力使得爪刺与物体表面形成自锁，从而使得对抓机构稳定地抓附在被抓粗糙物体表面。主动抓附为通过拉伸对抓结构中轴处的拉伸轴，从而控制爪刺向内侧旋转，主动使爪刺产生向粗糙物体的抓附力，该抓附力使得爪刺与物体表面形成自锁。由于单片爪刺的柔性设计，对抓机构和物体在突然施加一个较大的加速度时，依旧能够稳定地抓附在物体表面。

Claims (6)

1.一种仿生柔性爪刺式对抓机构，其特征在于，由若干个爪刺机构(3)和对抓机构基座(6)组成，爪刺机构(3)中部通过弹簧连接件(2)与对抓机构基座(6)连接，爪刺机构(3)底部通过基座螺柱(7)与对抓机构基座(6)上的旋转固定孔(5)连接，以基座螺柱(7)为旋转支点，可上下旋转；

对抓机构基座(6)底部设置手动操作拉伸轴(4)，手动操作拉伸轴(4)顶部通过连杆与爪刺机构(3)底部连接。

2.根据权利要求1所述的仿生柔性爪刺式对抓机构，其特征在于，爪刺机构(3)由爪刺臂(9)、两个固定板(14)和若干爪刺片(12)组成；固定板(14)设置在爪刺片(12)两侧，与爪刺臂(9)连接，爪刺臂中部留有配合孔(10)，与旋转固定孔(5)相配合。

3.根据权利要求2所述的仿生柔性爪刺式对抓机构，其特征在于，爪刺机构(3)还包括三个销柱(11)，其中两个销柱用于固定板(14)与爪刺片(12)间的连接，另一个销柱用于固定板(14)与爪刺臂(9)的连接。

4.根据权利要求2所述的仿生柔性爪刺式对抓机构，其特征在于，爪刺片(12)与固定板(14)平行设置。

5.根据权利要求2所述的仿生柔性爪刺式对抓机构，其特征在于，每个爪刺片(12)由硬度A40至A60的柔性树脂、硬度A70至A85的硬树脂以及金属弯钩(15)组成。

6.根据权利要求1所述的仿生柔性爪刺式对抓机构，其特征在于，爪刺机构(3)均匀排布在对抓机构基座(6)外周。