CN111002330B - 一种灵巧柔性抓取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灵巧柔性抓取装置，包括机架、双螺旋传动轴、动臂a、动臂b、柔性片和电机；动臂a和动臂b一端连接在双螺旋传动轴上，另一端套在柔性片上；将双螺旋传动轴固定在机架上端，且双螺旋传动轴的一端连接电机；柔性片固定在机架的下端；电机驱动双螺旋传动轴转动，从而驱动动臂a和动臂b移动，实现柔性片包绕并夹紧被夹持物。本发明是一种能对柔性物体、易碎的脆性物体、或形状、大小变化的异形物体柔顺抓取并不损坏物体表面的柔性抓取装置。抓取手能装配在机械臂的外伸部分上，可通过机械臂的运动联同自身调整来改变其位姿，通过电机驱动，实现对特殊物体的柔顺抓取，更为简单高效地实现柔性机械手的功能。

Description

一种灵巧柔性抓取装置

技术领域

本发明涉及机器人、机电一体化的应用技术领域，特别涉及一种灵巧柔性抓取装置。

背景技术

柔性机械是利用构成机械的零部件的弹性变形来实现设计功能的一类机械。由于柔性机械相对于刚性机械在性能上的一些优点，使得柔性机械在微机电领域、航空航天领域、生物医学等领域应用广泛。

抓取装置的末端执行器是抓取执行机构中的重要组成部件，设计的好坏对抓取手抓取效果及工作效率影响很大。常规抓取手末端执行器大都为刚性结构，抓取的目标物大都是外表较硬、形状规则的目标物。在农业、轻工业产品(诸如蛋类、浆果类、玻璃等)的自动化包装过程中，抓取操作是不能回避的基本动作，由于作业对象的易损性以及形状不规则性，极易在夹持过程中造成目标物的破损、变形、划伤，因此，对于抓取装置末端执行器的设计以及抓取力的控制要求很高，一般基于刚性机构设计的抓取装置末端执行器难以满足易损、易变形目标物的无损抓取要求。柔顺构件由于本身具有大变形特性以及弹性储能的特点，使其具有很大的优越性，若在抓取装置中应用柔顺构件既能减少装置的运动副数量，又能减少抓取手的构件数量，并使装置结构简化，同时能够保证无损抓取易损目标的实现。目前在用的柔性抓取装置大多存在柔顺性及自适应性较差，或驱动元件多、传感器多、结构复杂、控制繁琐等缺点。

发明内容

针对于上述问题，本发明的目的是提供一种灵巧柔性抓取装置，具体技术方案如下：

一种灵巧柔性抓取装置，包括机架、双螺旋传动轴、动臂a、动臂b、柔性片和电机；

所述动臂a和动臂b一端连接在双螺旋传动轴上，另一端套在柔性片上；

将所述双螺旋传动轴固定在机架上端，且双螺旋传动轴的一端连接电机；

所述柔性片固定在机架的下端；

所述电机驱动双螺旋传动轴转动，从而驱动动臂a和动臂b移动，实现柔性片包绕并夹紧被夹持物。

所述的一种灵巧柔性抓取装置，其优选方案为所述机架包括半环、非圆截面轴、机架座、角撑板和柔性片固定板；

所述机架座呈T型机构，其上端设有非圆孔和横向直槽；

将两个所述半环通过螺栓与机械臂固紧，通过非圆截面轴将两个半环与机架座的非圆孔连接；

所述机架座上设有角撑板，且角撑板上设有纵向直槽；

柔性片固定板通过螺栓连接在机架座的横向直槽上，柔性片固定板可通过调整螺栓连接位置实现在横向直槽内移动；

所述动臂a和动臂b一端开有内螺纹孔，用于与双螺旋传动轴形成螺旋传动，另一端弯曲，且开长方形直通槽；

所述柔性片分为弯曲部分和伸直部分，弯曲部分为半环形结构，通过螺钉固定在柔性片固定板上；

所述柔性片的伸直部分穿过动臂a和动臂b的长方形直通槽；动臂a和动臂b的内螺纹孔套在双螺旋传动轴上；

所述双螺旋传动轴插接在连接块内，将连接块通过螺栓固定在角撑板上。

所述的一种灵巧柔性抓取装置，其优选方案为所述柔性片为U 形机构，且伸直部分设计为两端宽中间窄的异型变截面形式，并增大 U形柔性片弯曲部分厚度。

所述的一种灵巧柔性抓取装置，其优选方案为所述双螺旋传动轴设计有左螺旋纹、右螺旋纹，可实现由一个驱动单元驱动轴转动时两动臂反向移动，使柔性片快速张合。

所述的一种灵巧柔性抓取装置，其优选方案为所述柔性片末端内壁安装有橡胶膜。

一种灵巧柔性抓取装置的工作原理，该机构是一个单驱动机构，系统通电，电机转动，电机通过轴上的键将转矩传递给带有两段旋向相反螺纹的双螺旋传动轴，双螺旋传动轴与两动臂形成螺旋传动，从而将轴的转动转化为两动臂反向移动，动臂的另一端作用于U型变截面柔性片的前端两分支，柔性片的尾端固定在机架上，柔性片的前端两分支穿过动臂上的长方形直通槽，与动臂形成移动副，当两动臂靠近时，柔性片闭合；电机反转，双螺旋传动轴反向转动带动两动臂反向移动，动臂远离并驱动柔性片张开、复位。

仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其使用新型构思加以等同替换或更改，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明的有益效果：本发明具有如下特点：⑴抓取装置中的刚性结构及电机部分等装配于装置整体的中后部，使整体重量集中作用于刚性大的机械臂，保证抓取装置的稳定性和质量轻；

⑵抓取装置仅需一个电机驱动，避免多个电机间复杂的协调控制；

⑶与机械臂外伸部位连接的尾部采用双半环结构，简单适用；

⑷整体结构简单，成本低廉，对抓取目标物不受限制，应用范围广；

⑸装配于机械臂，实现抓取机器人的各种功能；

⑹较好地完成对易碎的脆性物体，或形状、大小变化的异形物体的柔顺抓取，对特殊物体起到良好的保护作用；

⑺对食品、农产品、轻工产品的抓取、分拣和包装等生产和物流领域有着重要的帮助，易于制造，适用范围可延伸至其他领域，是机器人、机电领域不可多得的研究装置。

本专利具有以下功能：本专利可用于食品、农产品、轻工产品的抓取、分拣和包装；可作为科研模型，供柔性机械手的结构、控制作进一步深入研究；特殊环境下代替人工作业，降低工人劳动强度和危险性。

附图说明

图1是本专利柔性抓取装置的机构工作原理图；

图2是本专利柔性抓取装置的结构主视图；

图3是本专利柔性抓取装置的结构俯视图；

图4为图3的I放大图；

图5是本专利柔性抓取装置U型变截面柔性片结构图；

图6是本专利柔性抓取装置U型变截面柔性片侧视图；

图7是本专利柔性抓取装置机架的结构主视图；

图8是本专利柔性抓取装置机架的结构俯视图；

图9是本专利柔性抓取装置机架的结构右视图；

图10是本专利柔性抓取装置动臂的结构示意图；

图11是双螺旋传动轴结构示意图。

图中：1、机架；2、双螺旋传动轴；3、动臂a；4、动臂b；5、柔性片；6、电机；7、弯曲部分；8、伸直部分；9、半环；10、非圆截面轴；11、机架座；12、角撑板；13、横向直槽；14、柔性片固定板；15、纵向直槽；16、内螺纹孔；17、长方形直通槽；18左螺旋纹；19、右螺旋纹；20连接块。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图对发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主体范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括本发明的保护范围内。

一种灵巧柔性抓取装置，包括机架1、双螺旋传动轴2、动臂a3、动臂b4、柔性片5和电机6；

所述动臂a3和动臂b4的一端连接在双螺旋传动轴2上，另一端套在柔性片5上；

将所述双螺旋传动轴2固定在机架1上端，且双螺旋传动轴2的一端连接电机6；

所述柔性片5固定在机架1的下端；

所述电机6驱动双螺旋传动轴2转动，从而驱动动臂a3和动臂 b4移动，实现柔性片5包绕并夹紧被夹持物。

所述机架1包括半环9、非圆截面轴10、机架座11、角撑板12 和柔性片固定板14；

所述机架座11呈T型机构，其上端设有非圆孔和横向直槽13；

将两个所述半环9通过螺栓与机械臂固紧，通过非圆截面轴10 将两个半环9与机架座11的非圆孔连接；保证机架座11与其周向运动的限制，并可在一定范围内随着机械臂外形大小和位置调整抓取装置的姿态，以提高其通用性；

所述机架座11上设有角撑板12，且角撑板12上设有纵向直槽 15；

柔性片固定板14通过螺栓连接在机架座11的横向直槽13上，可通过调节螺栓连接位置实现柔性片固定板14在横向直槽13内移动；实现柔性片固定板14的灵活定位，保证抓取异形物件时物品不与机械臂干涉。

所述动臂a3和动臂b4一端开有内螺纹孔16，用于与双螺旋传动轴2形成螺旋配合，另一端弯曲，且开长方形直通槽17；

所述柔性片5分为弯曲部分7和伸直部分8，弯曲部分7为半环形结构，通过螺钉固定在柔性片固定板14上；

所述柔性片5的伸直部分8穿过动臂a3和动臂b4的长方形直通槽17；不仅保证U形柔性片不发生异形屈曲、灵活正反弯曲和复位，同时限制动臂的周向运动，准确捕捉目标物体。

动臂a3和动臂b4的内螺纹孔16套在双螺旋传动轴2上；

所述双螺旋传动轴2插接在连接块20内，将连接块20通过螺栓固定在角撑板12上。

所述柔性片5即机械手的两指，为U形机构，设计为机械手提供更好的自适应能力，当被夹取物体较小时，U形片采取两点式的抓取方式，当被夹取物体增大时，U形片采取三点式或多点式甚至面接触的抓取方式，提高抓取过程中的稳定性，也增强机械手的通用性。

伸直部分8设计为两端宽中间窄的异型变截面形式，可改善柔性片弯曲性能，为夹取提供更好的柔顺性。增大U形柔性片5弯曲部分厚度。为两指的夹取提供一定的稳定支撑作用；

所述双螺旋传动轴2设计有左螺旋纹和右螺旋纹，可实现由一个驱动单元驱动轴转动时两动臂反向移动，使柔性片5快速张合。

所述柔性片5末端内壁安装有橡胶膜。

一种灵巧柔性抓取装置的工作原理，该机构是一个单驱动机构，系统通电，电机转动，电机通过轴上的键将转矩传递给带有两段旋向相反螺纹的双螺旋传动轴，双螺旋传动轴与两动臂形成螺旋传动，从而将轴的转动转化为两动臂反向移动，动臂的另一端作用于U型变截面柔性片的前端两分支，柔性片的尾端固定在机架上，柔性片的前端两分支穿过动臂上的长方形直通槽，与动臂形成移动副，当两动臂靠近时，柔性片闭合；电机反转，双螺旋传动轴反向转动带动两动臂反向移动，动臂远离并驱动柔性片张开、复位。

Claims (4)

1.一种灵巧柔性抓取装置，其特征在于，包括机架、双螺旋传动轴、动臂a、动臂b、柔性片和电机；

所述动臂a和动臂b一端连接在双螺旋传动轴上，另一端套在柔性片上；

将所述双螺旋传动轴固定在机架上端，且双螺旋传动轴的一端连接电机；

所述柔性片固定在机架的下端；

所述电机驱动双螺旋传动轴转动，从而驱动动臂a和动臂b移动，实现柔性片包绕并夹紧被夹持物；

所述机架包括半环、非圆截面轴、机架座、角撑板和柔性片固定板；

所述机架座呈T型机构，其上端设有非圆孔和横向直槽；

将两个所述半环通过螺栓与机械臂固紧，通过非圆截面轴将两个半环与机架座的非圆孔连接；

所述机架座上设有角撑板，且角撑板上设有纵向直槽；

柔性片固定板通过螺栓连接在机架座的横向直槽上，柔性片固定板可通过调整螺栓连接位置实现在横向直槽内移动；

所述动臂a和动臂b一端开有内螺纹孔，用于与双螺旋传动轴形成螺旋传动，另一端弯曲，且开长方形直通槽；

所述柔性片分为弯曲部分和伸直部分，弯曲部分为半环形结构，通过螺钉固定在柔性片固定板上；

所述柔性片的伸直部分穿过动臂a和动臂b的长方形直通槽；动臂a和动臂b的内螺纹孔套在双螺旋传动轴上；

所述双螺旋传动轴插接在连接块内，将连接块通过螺栓固定在角撑板上。

2.根据权利要求1所述的一种灵巧柔性抓取装置，其特征在于，所述柔性片为U形机构，且伸直部分设计为两端宽中间窄的异型变截面形式，并增大U形柔性片弯曲部分厚度。

3.根据权利要求1所述的一种灵巧柔性抓取装置，其特征在于，所述双螺旋传动轴设计有左螺旋纹、右螺旋纹。

4.根据权利要求1所述的一种灵巧柔性抓取装置，其特征在于，所述柔性片末端内壁安装有橡胶膜。

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