CN111791247A - 变刚度线驱动柔性抓手及其变刚度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于层干扰技术的变刚度线驱动柔性抓手及其变刚度控制方法，包括基座，基座的边缘装有多个柔性手指和电机，每个柔性手指的外部均套有真空袋，基座的中部装有真空泵，真空泵与真空袋连接；柔性手指包括柔性手指骨架，柔性手指骨架中间为薄片结构，两侧均布置一列T形块结构，T形块结构中间设有圆孔，圆孔中穿有腱绳，键绳的上端与所述电机连接，键绳的下端与所述柔性手指骨架的顶端相连；T形块结构的外端连接有柔性薄片。由电机旋转带动腱绳从而使手指弯曲，通过外接负压泵来控制抓手刚度变化，弯曲与变刚度的驱动都很安全。操作简易可控，抓取空间较大，并能实现变刚度效果，适用于较多场合。

Description

变刚度线驱动柔性抓手及其变刚度控制方法
技术领域
本发明涉及一种软体机器人，尤其涉及一种变刚度线驱动柔性抓手及其变刚度控制方法。
背景技术
机器人技术被广泛认为是从制造、医学到科学探索等众多领域的关键技术之一。传统的刚性机器人已经不能满足人们对于人机交互安全性的要求，软体机器人逐渐进入大众的视野。同时软体机器人相比刚性机器人有很多优势，它可以更好适应各种环境，受到外界冲击后也不会产生大的伤害，在空间狭小、非结构下的环境下都可以完成复杂的任务，例如医疗、军事及探测领域。
抓取器是一种用于抓取对象和操作对象的机器人。尽管目前市场上的具有很多良好性能的刚性抓取器，但这些抓取器在处理不规则物体时仍存在很多不足。由于传统的抓取装置如机械手爪、吸盘等存在设计周期较长，更新频率较高，利润附加值较低，难以抓取易损坏、易变形物体等问题，近年来，学术界出现了“软体手”的概念，将机械手由传统的气缸等刚性体变换成柔性的有机聚合物，以克服现有传统机械手在特定应用场景的缺点。柔性或者软体的抓手在抓取对象时能更好的与物体相贴合，不易破坏物体本身结构，同时抓取不规则形状物体时也存在较大的优势。
目前，市场上也存在一些柔性抓手，不过其负载能力有限，针对不同抓取的任务，需要有不同的抓取器，而本发明的变刚度柔性抓手在普通柔性抓手的基础上大大提高了抓手的负载能力，将会很大程度上拓宽柔性抓手的应用领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于层干扰技术的变刚度线驱动柔性抓手及其变刚度控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的变刚度线驱动柔性抓手，包括基座，所述基座的边缘装有多个柔性手指和电机，每个柔性手指的外部均套有真空袋，所述基座的中部装有真空泵，所述真空泵与所述真空袋连接；
所述柔性手指包括柔性手指骨架，所述柔性手指骨架中间为薄片结构，两侧均布置一列T形块结构，所述T形块结构中间设有圆孔，所述圆孔中穿有腱绳，所述键绳的上端与所述电机连接，所述键绳的下端与所述柔性手指骨架的顶端相连；
所述T形块结构的外端连接有柔性薄片。
上述的变刚度线驱动柔性抓手实现变刚度控制方法，通过调节真空泵来调节真空袋内部负压大小，调节所述T形块结构的外端面与所述柔性薄片的内表面之间及相邻的柔性薄片的接触面之间的摩擦力，从而调节整个抓手的刚度大小。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的变刚度线驱动柔性抓手及其变刚度控制方法，由电机旋转带动腱绳从而使手指弯曲，通过外接负压泵来控制抓手刚度变化，弯曲与变刚度的驱动都很安全。提升了抓手的负载能力，抓取牢靠，并可以完成各种易碎物品的抓取。
附图说明
图1为本发明实施例提供的变刚度线驱动柔性抓手整体结构示意图。
图2为本发明实施例柔性手指结构示意图。
图3为本发明实施例柔性手指拆分结构示意图。
图4a和图4b分别为本发明实施例柔性手指骨架及其A部放大结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的变刚度线驱动柔性抓手，其较佳的具体实施方式是：
包括基座，所述基座的边缘装有多个柔性手指和电机，每个柔性手指的外部均套有真空袋，所述基座的中部装有真空泵，所述真空泵与所述真空袋连接；
所述柔性手指包括柔性手指骨架，所述柔性手指骨架中间为薄片结构，两侧均布置一列T形块结构，所述T形块结构中间设有圆孔，所述圆孔中穿有腱绳，所述键绳的上端与所述电机连接，所述键绳的下端与所述柔性手指骨架的顶端相连；
所述T形块结构的外端连接有柔性薄片。
所述柔性薄片一端与所述T形块结构通过机械方式固定连接，另一端为自由端，所述T形块结构的外端面、所述柔性薄片的内表面及相邻的柔性薄片之间的接触面通过粗糙处理或采用锯齿状结构。
所述基座为三角形结构，三角形每个边的边缘装有一个柔性手指及真空袋和电机。
所述电机装在电机盒中，并通过卡套装在所述基座上。
上述的变刚度线驱动柔性抓手实现变刚度控制方法，通过调节真空泵来调节真空袋内部负压大小，调节所述T形块结构的外端面与所述柔性薄片的内表面之间及相邻的柔性薄片的接触面之间的摩擦力，从而调节整个抓手的刚度大小。
具体实施例：
如图1和图2所示，一种线驱变刚度的软体抓手，包括真空泵1、基座2、电机3、卡套4、柔性手指骨架5、柔性薄片6、腱绳7、真空袋8、电机盒9；柔性手指骨架5由中间为一层柔性的薄壁结构，两侧为一系列的T形块结构组成T形块顶部也经过粗糙处理，T形块之间存在一定的缝隙，薄壁结构与缝隙是为了手指能更好的弯曲。同时柔性手指骨架5的T形块上存在一些列的圆孔是为了方便腱绳7的通过，腱绳一端与柔性手指骨架5的顶端相连，另一端与电机3相连，通过电机3的旋转来驱动手指的弯曲。电机3位于电机盒9的中间，同时电机盒9与柔性手指骨架5采用嵌入的方式连接。
如图4a、图4b所示，柔性薄片6表面经过粗糙处理，采用互锁的方式一端与柔性骨架5的上端和顶端相连，柔性薄片之间存在重叠部分，由局部放大图可以看出柔性薄片上存在锯齿结构，用于增大薄片之间的摩擦力，从而提高手指的变刚度能力。单个柔性手指上贴有四片柔性薄片，一侧两片，同时这两片柔性薄片6其中一片与柔性骨架5的顶端粘接，另一片与柔性骨架5的底端粘接。真空袋8将变刚度柔性手指套入其中，通过外接气管与真空泵1连接，从而通过调节真空泵1来调节内部负压大小，当内部负压大小发生改变时，柔性手指的刚度也随之变化。卡套4将柔性手指一一固定在基座2的周围，从而形成柔性抓手。
本实例处于初始状态时，如图1所示。电机3转动时，带动腱绳7,由于柔性骨架5自身结构的特殊性导致柔性骨架发生弯曲，柔性薄片6也随着骨架的弯曲而发生变化。当弯曲程度达到既定要求或者与被抓取对象紧密贴合时，通过调节真空泵1改变内部结构的负压大小，此时在负压的作用下柔性薄片6之间将会紧密贴合在一起，同时柔性薄片5与柔性骨架6也紧密贴合在一起，柔性骨架6的T形块顶端与柔性薄片5都经过粗糙处理，紧密贴合在一起之后之间的摩擦力将会变得很大，从而使整个抓手的刚度有较大程度的提升。释放物体时，关闭真空泵1，柔性薄片6由于自身存在弹性将会弹开，摩擦力消失，手指由“硬”变“软”，同时反向旋转电机3，使抓手恢复原状，物体掉落。
本发明实施例提供的变刚度线驱动柔性抓手及其变刚度控制方法，其优点在于：
1.结构简单，整体结构大部分由3D打印而成，材料为一般的PLA，成本低。
2.驱动简单，由电机旋转带动腱绳从而使手指弯曲，通过外接负压泵来控制抓手刚度变化，弯曲与变刚度的驱动都很安全。
3.变刚度柔性抓手在抓取的过程中通过调节负压大小来调节刚度大小，实现了抓手在刚柔之间的一种转换，提升了抓手的负载能力，极大的拓宽了抓手的适用范围。
4.变刚度柔性抓手由三个手指组成，能更好的抓取目标对象，与之相贴合，抓取牢靠。同时由于自身由柔性材料组成，可以完成各种易碎物品的抓取。
以上所述，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种变刚度线驱动柔性抓手，其特征在于，包括基座，所述基座的边缘装有多个柔性手指和电机，每个柔性手指的外部均套有真空袋，所述基座的中部装有真空泵，所述真空泵与所述真空袋连接；
所述柔性手指包括柔性手指骨架，所述柔性手指骨架中间为薄片结构，两侧均布置一列T形块结构，所述T形块结构中间设有圆孔，所述圆孔中穿有腱绳，所述键绳的上端与所述电机连接，所述键绳的下端与所述柔性手指骨架的顶端相连；
所述T形块结构的外端连接有柔性薄片。
2.根据权利要求1所述的变刚度线驱动柔性抓手，其特征在于，所述柔性薄片一端与所述T形块结构通过机械方式固定连接，另一端为自由端，所述T形块结构的外端面、所述柔性薄片的内表面及相邻的柔性薄片之间的接触面通过粗糙处理或采用锯齿状结构。
3.根据权利要求2所述的变刚度线驱动柔性抓手，其特征在于，所述基座为三角形结构，三角形每个边的边缘装有一个柔性手指及真空袋和电机。
4.根据权利要求3所述的变刚度线驱动柔性抓手，其特征在于，所述电机装在电机盒中，并通过卡套装在所述基座上。
5.一种权利要求1至4任一项所述的变刚度线驱动柔性抓手实现变刚度控制方法，其特征在于，通过调节真空泵来调节真空袋内部负压大小，调节所述T形块结构的外端面与所述柔性薄片的内表面之间及相邻的柔性薄片的接触面之间的摩擦力，从而调节整个抓手的刚度大小。
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