CN110712216B - 一种高灵活度仿生气控机械手爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵活度仿生气控机械手爪，包括机械臂支架、多根机械臂和控制仓，每根所述机械臂的前端设置在所述机械臂支架上，所述控制仓内设置有第一气泵、第二气泵和用于控制第一气泵和第二气泵的控制器；每根所述机械臂上设置有多个盘型骨架，所述控制仓包括仓盖和底座，所述仓盖和底座之间密封固定连接。本发明具有对被抓取物形状、尺寸和重量限制条件低、操控简单和抓取牢固可靠的优点。

Description

一种高灵活度仿生气控机械手爪

【技术领域】

本发明涉及仿生机器人的技术领域，特别是涉及一种高灵活度仿生气控机械手爪。

【背景技术】

水中物体打捞、采集以及工程物件抓取、转移工作中，考虑被捕捞或被转移物体的形状各异且尺寸和重量范围广等特点，采用传统的机械手进行自动化作业，不仅操纵困难，而且传统的机械手由于夹持力大且不可调控、机械手爪开合范围小等问题，使传统机械手具有很大局限性。

随着仿生机器人领域的发展，仿生章鱼触手的机械臂手爪已经具有一定的研究基础，现有技术中采用仿生章鱼触手的机械臂手爪进行易碎小物品(如水果)夹持，避免了被夹持物遭到破坏。现有技术中的章鱼触手型机械臂手爪，着重考虑了机械臂的材料，如采用水凝胶等软体材料，提供了易于气动控制的手爪结构。

现有技术中，仿生章鱼触手的机械臂手爪存在应用领域的局限性，目前主要是应用在小型物体的夹持；对于深海领域标本的高效采集，波动海面潜航器的动态回收，具有形状复杂、尺寸多变、尺寸跨度大特点的物件的便捷抓取等工作都有很大难度，因此亟待开发一种具有对被抓取物形状、尺寸和重量限制条件低、操控简单和抓取牢固可靠优点的机械手爪。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种高灵活度仿生气控机械手爪，具有对被抓取物形状、尺寸和重量限制条件低、操控简单和抓取牢固可靠的优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种高灵活度仿生气控机械手爪，包括机械臂支架、多根机械臂和控制仓，每根所述机械臂的前端设置在所述机械臂支架上，所述控制仓内设置有第一气泵、第二气泵和用于控制第一气泵和第二气泵的控制器；每根所述机械臂上设置有多个盘型骨架，所述盘型骨架的中部穿设固定有第一关节，相邻的第一关节之间铰接有第二关节；所述盘型骨架上部的端面和下部的端面上分别设置有贯穿的第一导气孔和第二导气孔，盘型骨架顶部的圆周侧壁上设置有一个或多个反冲气孔，每个所述反冲气孔与所述第一导气孔通过设置在盘型骨架内部的第一气路连通，所述盘型骨架底部的圆周侧壁上设置有一个或多个吸盘连接孔，每个所述吸盘连接孔与所述第二导气孔通过设置在所述盘型骨架内部的第二气路连通，每个所述吸盘连接孔上设置有第一吸盘；所述第一导气孔的前后两端分别设置有第一气管接头，所述第二导气孔的前后两端分别设置有第二气管接头；相邻盘型骨架上相互靠近的第一气管接头之间和第二气管接头之间分别通过气管连通；所述第一气泵的一个气孔通过气管与每根机械臂前端盘型骨架外侧的第一气管接头连通；所述第二气泵的一个气孔通过气管与每根机械臂前端盘型骨架外侧的第二气管接头连通；所述控制仓包括仓盖和底座，所述仓盖和底座之间密封固定连接。

作为优选，所述底座上端面设置有第一气管直接头和第二气管直接头，所述底座下端面设置有分别与所述第一气管直接头和第二气管直接头连通的第一多口气管接头和第三气管直接头，所述第一多口气管接头的出气口个数与机械臂的数量相同，每个所述出气口分别通过气管与相对应机械臂前端的盘型骨架外侧的第一气管接头连通。

作为优选，所述机械臂支架包括盘型端部和位于盘型端部底部中心的第二吸盘，所述机械臂支架中心设置有第三气路，第三气路上端设置有与外界连通的螺纹孔，下端设置有一个或多个第二过滤孔，所述机械臂支架上还设置有多个支撑孔和多个减重孔；所述盘型端部的圆周侧壁上设置有多个安装槽，每个所述机械臂前端的第一关节端部通过转轴铰接在所述安装槽中。

作为优选，所述螺纹孔处螺纹连接有第二多口气管接头，所述第二多口气管接头的一个出气口通过气管与所述第三气管直接头连通，所述第二多口气管接头剩余的出气口分别通过气管与每根机械臂前端盘型骨架外侧的第二气管接头连通。

作为优选，所述吸盘连接孔与所述第一吸盘之间设置有万向接头，所述万向接头的固定端与吸盘连接孔固定连接，活动端与所述第一吸盘固定连接。

作为优选，所述控制仓的底座固定在所述机械臂支架上。

作为优选，所述控制仓的仓盖顶部设置有吊装孔，仓盖上还设置有线缆接口。

作为优选，所述控制仓的底座与所述机械臂支架为分离结构。

作为优选，所述机械臂支架上设置有吊装挂钩，所述控制仓的仓盖上还设置有线缆接口。

作为优选，所述机械臂上的盘型骨架呈圆形，且盘型骨架的横截面外径由机械臂前端向末端呈递减趋势。

本发明的有益效果：本发明采用由多个盘型骨架为主要部件组成的机械臂，通过盘型骨架数量的调整可以调整机械臂的长度，从而使得本发明能够对较大尺寸的海底标本进行夹持；通过在每个盘型骨架的顶部设置由第一气泵控制排气的反冲气孔，从而能够通过简单的气控来调节每根机械臂的抓取动作，操控简单；通过在盘型骨架的底部设置由第二气泵控制抽气的吸盘，当机械臂抓取目标物体后，能够使机械臂牢固的贴在目标物体的表面，保证了抓取的牢固可靠；通过采用铰接的第一关节和第二关节作为机械臂的连接结构，在保证机械臂具有柔性弯曲功能的前提下，提高了机械臂的抗拉强度，从而使得本机械手爪能够适应更宽重量范围的目标物体，且对目标物体的形状各异性的适应能力好。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明中实施例一的整体结构示意图；

图2是图1中A-A剖视图；

图3是图1中C-C剖视图；

图4是图2中的D部放大图；

图5是图2中的E部放大图；

图6是图1中的H-H剖视图；

图7是图1中的J-J剖视图；

图8是本发明中的机械臂支架立体结构示意图；

图9是本发明中的机械臂支架的正视图；

图10是图9中A-A剖视图；

图11是图10中B部放大图；

图12是本发明中机械臂的整体结构示意图；

图13是本发明中盘型骨架的透视图；

图14是本发明中实施例二的整体结构示意图。

图中：1-机械臂支架、101-盘型端部、102-第二吸盘、103-安装槽、104-螺纹孔、105-支撑孔、106-减重孔、107-第三气路、108-第二过滤孔、2-机械臂、201-盘型骨架、202-第一关节、203-第二关节、204-万向接头、205-第一吸盘、206-第一气管接头、207-第二气管接头、201b-第一导气孔、201c-第二导气孔、201d-吸盘连接孔、201e-反冲气孔、201f-关节孔、201g-第一气路、201h-第二气路、3-仓盖、4-底座、5-第一多口气管接头、6a-第一气管直接头、6b-第二气管直接头、6c-第三气管直接头、7-第一气泵、8-第二气泵、9-控制器、10-第二多口气管接头、11-堵头、12-吊装挂钩。

【具体实施方式】

实施例一、

参阅图1～图13，本发明一种高灵活度仿生气控机械手爪，包括机械臂支架1、多根机械臂2和控制仓，每根所述机械臂2的前端设置在所述机械臂支架1上，所述控制仓内设置有第一气泵7、第二气泵8和用于控制第一气泵7和第二气泵8的控制器9；

每根所述机械臂2上设置有多个盘型骨架201，所述盘型骨架201的中部设置有关节孔201f，关节孔201f上穿设固定有第一关节202，固定方式可以是过盈固定连接或通过螺钉将一个直角连接板的两边分别固定在盘型骨架201和第一关节202上，相邻的第一关节202之间铰接有第二关节203，使机械臂2的各个盘型骨架201可以相对翻转；

所述盘型骨架201上部的端面和下部的端面上分别设置有贯穿的第一导气孔201b和第二导气孔201c，盘型骨架201顶部的圆周侧壁上设置有一个或多个反冲气孔201e，反冲气孔201e的朝向是向机械臂2前端偏上的方向，每个所述反冲气孔201e与所述第一导气孔201b通过设置在盘型骨架201内部的第一气路201g连通，所述盘型骨架201底部的圆周侧壁上设置有一个或多个吸盘连接孔201d，每个所述吸盘连接孔201d与所述第二导气孔201c通过设置在所述盘型骨架201内部的第二气路201h连通，每个所述吸盘连接孔201d上设置有第一吸盘205；所述第一导气孔201b的前后两端分别设置有第一气管接头206，所述第二导气孔201c的前后两端分别设置有第二气管接头207，位于机械臂2末端的盘型骨架201外侧端面的第一导气孔201b和第二导气孔201c均用堵头11堵住；所述盘型骨架201为注塑成型；

相邻盘型骨架201上相互靠近的第一气管接头206之间和第二气管接头207之间分别通过气管连通；所述第一气泵7的一个气孔通过气管与每根机械臂2前端盘型骨架201外侧的第一气管接头206连通，第一气泵7的另一个气孔通过气管连接至外部空气中；所述第二气泵8的一个气孔通过气管与每根机械臂2前端盘型骨架201外侧的第二气管接头207连通，第二气泵8的另一个气孔通过气管连接至至外部空气中；所述控制仓包括仓盖3和底座4，所述仓盖3和底座4之间密封固定连接。

所述底座4上端面设置有第一气管直接头6a和第二气管直接头6b，所述底座4下端面设置有分别与所述第一气管直接头6a和第二气管直接头6b连通的第一多口气管接头5和第三气管直接头6c，所述第一多口气管接头5的出气口个数与机械臂的数量相同，每个所述出气口分别通过气管与相对应机械臂2前端的盘型骨架201外侧的第一气管接头206连通。

所述机械臂支架1包括盘型端部101和位于盘型端部101底部中心的第二吸盘102，所述机械臂支架1中心设置有第三气路107，第三气路107上端设置有与外界连通的螺纹孔104，下端设置有一个或多个第二过滤孔108，所述机械臂支架1上还设置有多个支撑孔105和多个减重孔106；所述盘型端部101的圆周侧壁上设置有多个安装槽103，每个所述机械臂2前端的第一关节202端部通过转轴铰接在所述安装槽103中。

所述螺纹孔104处螺纹连接有第二多口气管接头10，所述第二多口气管接头10的一个出气口通过气管与所述第三气管直接头6c连通，所述第二多口气管接头10剩余的出气口分别通过气管与每根机械臂2前端盘型骨架201外侧的第二气管接头207连通。

所述吸盘连接孔201d与所述第一吸盘205之间设置有万向接头204，所述万向接头204的固定端与吸盘连接孔201d固定连接，活动端与所述第一吸盘205固定连接。

所述控制仓的底座4固定在所述机械臂支架1上。

所述控制仓的仓盖3顶部设置有吊装孔，仓盖上还设置有线缆接口。

所述机械臂2上的盘型骨架201呈圆形，且盘型骨架201的横截面外径由机械臂2前端向末端呈递减趋势。

实施例二、

在实施例一的基础上，参考图14，所述控制仓的底座4与所述机械臂支架1为分离结构。

所述机械臂支架1上设置有吊装挂钩12，所述控制仓的仓盖3上还设置有线缆接口。

本发明工作过程：

通过吊装方式将机械手爪吊起并置于水中，吊装位置是仓盖3的吊装孔或吊装挂钩12，控制器9控制第二气泵8向第一吸盘205送气，第一吸盘205向水中排气获得反冲力，使得机械臂2张开；将机械手爪置于海水中下放，当机械手爪的中心靠近目标物体的上部时，控制器9控制第一气泵7工作，第一气泵7的一个气孔通过气管向反冲气孔201e排气，通过反冲气孔201e排气形成的反冲力，每个盘型骨架201均产生一个朝向机械臂2末端的翻转，对于机械臂2整体，所产生的动作效果则是向中心弯曲收缩，各根机械臂2共同作用，则形成了抓取的动作，随后各根机械臂2共同作用，将目标物体缠住抓取，此时每个第一吸盘205根据目标物体表面形状相应调节万向接头204，使得第一吸盘205的盘面开口贴在目标物体表面，第二吸盘102同样将贴在目标物体表面，此时控制器9控制第二气泵8工作，第二气泵8对第一吸盘205和第二吸盘102进行抽气，使得第一吸盘205和第二吸盘102的盘面形成负压，从而使第一吸盘205和第二吸盘102吸附在目标物体表面，对机械手爪的抓取牢固性能产生帮助；第一吸盘205的内端设置有第一过滤孔，第三气路107末端设置有第二过滤孔108，能够防止海水中的漂浮物进入气管中；当控制器9控制第一气泵7和第二气泵8反向工作时，则目标物体将被释放。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：包括机械臂支架(1)、多根机械臂(2)和控制仓，每根所述机械臂(2)的前端设置在所述机械臂支架(1)上，所述控制仓内设置有第一气泵(7)、第二气泵(8)和用于控制第一气泵(7)和第二气泵(8)的控制器(9)；每根所述机械臂(2)上设置有多个盘型骨架(201)，所述盘型骨架(201)的中部穿设固定有第一关节(202)，相邻的第一关节(202)之间铰接有第二关节(203)；所述盘型骨架(201)上部的端面和下部的端面上分别设置有贯穿的第一导气孔(201b)和第二导气孔(201c)，盘型骨架(201)顶部的圆周侧壁上设置有一个或多个反冲气孔(201e)，每个所述反冲气孔(201e)与所述第一导气孔(201b)通过设置在盘型骨架(201)内部的第一气路(201g)连通，所述盘型骨架(201)底部的圆周侧壁上设置有一个或多个吸盘连接孔(201d)，每个所述吸盘连接孔(201d)与所述第二导气孔(201c)通过设置在所述盘型骨架(201)内部的第二气路(201h)连通，每个所述吸盘连接孔(201d)上设置有第一吸盘(205)；所述第一导气孔(201b)的前后两端分别设置有第一气管接头(206)，所述第二导气孔(201c)的前后两端分别设置有第二气管接头(207)；相邻盘型骨架(201)上相互靠近的第一气管接头(206)之间和第二气管接头(207)之间分别通过气管连通；所述第一气泵(7)的一个气孔通过气管与每根机械臂(2)前端盘型骨架(201)外侧的第一气管接头(206)连通；所述第二气泵(8)的一个气孔通过气管与每根机械臂(2)前端盘型骨架(201)外侧的第二气管接头(207)连通；所述控制仓包括仓盖(3)和底座(4)，所述仓盖(3)和底座(4)之间密封固定连接。

2.如权利要求1所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述底座(4)上端面设置有第一气管直接头(6a)和第二气管直接头(6b)，所述底座(4)下端面设置有分别与所述第一气管直接头(6a)和第二气管直接头(6b)连通的第一多口气管接头(5)和第三气管直接头(6c)，所述第一多口气管接头(5)的出气口个数与机械臂的数量相同，每个所述出气口分别通过气管与相对应机械臂(2)前端的盘型骨架(201)外侧的第一气管接头(206)连通。

3.如权利要求2所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述机械臂支架(1)包括盘型端部(101)和位于盘型端部(101)底部中心的第二吸盘(102)，所述机械臂支架(1)中心设置有第三气路(107)，第三气路(107)上端设置有与外界连通的螺纹孔(104)，下端设置有一个或多个第二过滤孔(108)，所述机械臂支架(1)上还设置有多个支撑孔(105)和多个减重孔(106)；所述盘型端部(101)的圆周侧壁上设置有多个安装槽(103)，每个所述机械臂(2)前端的第一关节(202)端部通过转轴铰接在所述安装槽(103)中。

4.如权利要求3所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述螺纹孔(104)处螺纹连接有第二多口气管接头(10)，所述第二多口气管接头(10)的一个出气口通过气管与所述第三气管直接头(6c)连通，所述第二多口气管接头(10)剩余的出气口分别通过气管与每根机械臂(2)前端盘型骨架(201)外侧的第二气管接头(207)连通。

5.如权利要求1所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述吸盘连接孔(201d)与所述第一吸盘(205)之间设置有万向接头(204)，所述万向接头(204)的固定端与吸盘连接孔(201d)固定连接，活动端与所述第一吸盘(205)固定连接。

6.如权利要求1或2所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述控制仓的底座(4)固定在所述机械臂支架(1)上。

7.如权利要求6所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述控制仓的仓盖(3)顶部设置有吊装孔，仓盖上还设置有线缆接口。

8.如权利要求1或2所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述控制仓的底座(4)与所述机械臂支架(1)为分离结构。

9.如权利要求8所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述机械臂支架(1)上设置有吊装挂钩(12)，所述控制仓的仓盖(3)上还设置有线缆接口。

10.如权利要求1或2所述的高灵活度仿生气控机械手爪，其特征在于：所述机械臂(2)上的盘型骨架(201)呈圆形，且盘型骨架(201)的横截面外径由机械臂(2)前端向末端呈递减趋势。

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