CN112223340A - 适用于自重构机器人的多爪抓取机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于自重构机器人的多爪抓取机构，包括多爪抓取模块，所述多爪抓取模块的一端设置有自锁模块，所述多爪抓取模块与外壳箱的侧壁转动连接；所述自锁模块包括导向部件，所述导向部件的顶部与外壳箱固定连接，底部连接有压缩复位部件，所述导向部件上设置有支撑部件，所述支撑部件上设置有锁定部件，所述压缩复位部件上套接有滑动部件，所述滑动部件与锁定部件连接，并且，所述滑动部件上铰接有多爪抓取模块；通过本方案，实现了通过提升抓取机构的稳定性进而实现提升连接部件的柔性能力，改善整体的受力以及对抓取部件进行锁定或解锁的技术。

Description

适用于自重构机器人的多爪抓取机构

技术领域

本发明涉及自重构机器人技术领域，尤其涉及用于自重构机器人对接设备领域，具体地说，是适用于自重构机器人的多爪抓取机构。

背景技术

自第一个自重构机器人系统CEBOT研制成功以来，国内外科研机构研制出各式各样的原理样机。模块化自重构机器人系统是通过变换模块间连接关系实现其重构功能，因此模块间的对接机构是实现重新构型的关键。而在对接机构设计方面，目前存在机械式连接机构，磁式连接机构以及混合连接机构。但应用范围更广的移动机器人对接机构却发展停滞，实验原型较少。研制移动式巡检机器人的对接机构，可以在多种领域中实现广泛的应用。利用对接机构对于传统机器人进行改造，可以实现微型移动机器人到达人类无法到达的狭小、危险场合，充分利用机器人的优势，从而可以极大的提高其活动半径和越障能力。因此针对模块化移动机器人对接机构的关键问题进行研究，对搭建移动式自重构机器人系统不仅具有重要意义，对于非结构环境的救灾、救援也具有重要的理论和现实依据。

现有技术中，针对不同的自重构机器人进行连接技术中，大多都是采用刚性连接技术，采用刚性连接技术的缺点在于，刚性连接的自重构机器人在山区的崎岖道路行驶时，存在整体结构柔性能力差，整体连接结构受力复杂且不均以及连接结构容差性低等技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于：提供适用于自重构机器人的多爪抓取机构，用于解决现有自重构机器人用抓取连接部件在连接时因刚性连接而导致的整体结构柔性能力差，整体结构受力复杂且不均以及连接结构容差性低，不能保障抓取对接部件在实现抓取之后对抓取部件进行锁定等技术缺陷。本发明通过设置多爪抓取模块，自锁模块等结构，实现了通过提升抓取机构的稳定性进而实现提升连接部件的柔性能力，改善整体的受力以及对抓取部件进行锁定或解锁的技术。采用本发明后可以有效实现通过提升抓取机构的稳定性进而实现提升连接部件的柔性能力，改善整体的受力以及对抓取部件进行锁定或解锁的技术。

为实现上述技术方案，本发明通过以下技术方案实现：

适用于自重构机器人的多爪抓取机构，包括多爪抓取模块，所述多爪抓取模块的一端设置有自锁模块，所述多爪抓取模块与外壳箱的侧壁转动连接；

所述自锁模块包括限位套筒，所述限位套筒的顶部与外壳箱固定连接，底部连接有压缩复位部件，所述限位套筒上设置有支撑部件，所述支撑部件上设置有锁定部件，所述压缩复位部件上套接有滑动部件，所述滑动部件与锁定部件连接，所述滑动部件上铰接有多爪抓取模块。

为了更好的实现本发明，作为上述技术方案的进一步描述，所述限位套筒的筒壁上设置有轴向的第一通槽，所述第一通槽的对侧面上设置有通孔，所述限位套筒内设置有内空的导向杆，所述导向杆的侧面上设置有解锁孔和锁定孔。

作为上述技术方案的进一步描述，所述压缩复位部件包括套接在导向杆上的压缩弹簧，所述压缩弹簧上固定连接有滑动部件，所述压缩弹簧的一端与导向杆固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述，所述锁定部件包括与支撑部件固定连接的锁定座，所述锁定座上固定有锁定外壳体，所述锁定外壳体内腔设置有阶梯轴，所述阶梯轴的一端插接在解锁孔内，另一端通过锁定弹簧与后盖连接，所述后盖与锁定外壳体固定连接，并且，所述导向杆的锁定孔一侧设置有电磁铁，所述电磁铁上设置有电磁销，所述电磁销在通电状态下将阶梯轴顶入至锁定孔内实现解锁。

作为上述技术方案的进一步描述，所述阶梯轴包括与锁定孔匹配的解锁段，所述解锁段的一端固定连接有锁定段，所述锁定段的另一端固定连接有固定盘，所述固定盘的另一端设置有导向短杆伸缩段，所述导向短杆伸缩段上套设有锁定弹簧，所述锁定弹簧的两端分别与固定盘和后盖固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述，所述支撑部件包括支撑板，所述支撑板的下侧面上设置有若干铜柱，所述铜柱的另一端通过螺钉与外壳箱内腔的底面固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述，所述滑动部件包括滑动盘，所述滑动盘与复位弹簧固定连接，并且，滑动盘的外侧面上设置有若干第一连接部，所述滑动盘上连接有锁定杆，所述锁定杆的杆身上沿其长边方向贯穿设置有与解锁段相同直径的小径段，所述小径段靠近阶梯轴的一端连通有与锁定段相同直径的大径段，所述解锁段置于小径段内。

作为上述技术方案的进一步描述，所述多爪抓取模块包括至少三个爪式对接部件，所述爪式对接部件包括连杆，所述连杆的一端与滑动盘上的铰接部铰接，另一端通过转轴铰接有臂杆，所述转轴与外壳箱转动连接，并且，臂杆的另一端设置有具有弧形抓取曲面的接触爪。

作为上述技术方案的进一步描述，所述外壳箱包括箱体，所述箱体的侧面上环向设置有与滑动盘上数目相同的第二通槽，所述第二通槽的两侧面上设置有双耳支座，所述臂杆与双耳支座上转动连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1）在本发明中，通过设置多爪抓取模块，并且利用多爪抓取模块中的接触爪在对机器人的其他机构进行抓取对接时，使得多爪抓取模块与被抓取的机器人其他机构之间形成了柔性连接结构，进而进一步的解决了现有自重构机器人在对接过程中因为都采用刚性连接而导致的自重构机器人的柔性能力差的技术缺陷，采用本对接方式，有效提升了自重构机器人的柔性能力。

2）在本发明中，通过设置自锁模块，并使得自锁模块与对多爪抓取部件进行自锁，使得本发明中的抓取部件在实现自重构机器人的抓取对接之后，能够对抓取部件进行锁定，进而使得抓取部件能够形成稳定的抓取结构，进而保证了本抓取机构在对部件进行抓取之后能够被锁定机构锁定，进一步地保证在使用本抓取机构抓取物体之后，不会在自然状态下脱落，进一步地提升了本结构的优点。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的三维结构示意图；

图2为本发明的内部三维结构示意图；

图3为本发明的外壳箱三维结构示意图；

图4为本发明的自锁模块三维结构示意图；

图5为本发明的限位套筒三维结构示意图；

图6为本发明的导向杆三维结构示意图；

图7为本发明的锁定部件三维结构示意图；

图8为本发明的支撑部件三维结构示意图；

图9为本发明的阶梯轴三维结构示意图；

图10为本发明的锁定杆三维结构示意图。

图中标记1-多爪抓取模块，2-外壳箱，3-自锁模块，11-连杆，12-臂杆，13-转轴，14-接触爪，21-箱体，22-第二通槽，23-双耳支座，31-限位套筒，32-压缩复位部件，33-锁定部件，34-支撑部件，35-滑动部件，312-第一通槽，313-通孔，321-导向杆，322-压缩弹簧，331-锁定座，332-锁定外壳体，333-阶梯轴，334-电磁铁，335-后盖，336-电磁销轴，341-支撑板，342-铜柱，351-滑动盘，352-第一连接部，353-锁定杆，3211-解锁孔，3212-锁定孔，3331-解锁段，3332-锁定段，3333-固定盘导向段，3334-导向短杆伸缩段，3335-锁定弹簧，3531-小径段，3532-大径段。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明做进一步地详细、准确说明，但本发明的实施方式不限于此。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，“垂直”等术语并不表示要求部件之间绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

作为优选实施方式，结合图1～10所示：

适用于自重构机器人的多爪抓取机构，包括多爪抓取模块1，所述多爪抓取模块1的一端设置有自锁模块3，所述多爪抓取模块1与外壳箱2的侧壁转动连接；

所述自锁模块3包括限位套筒31，所述限位套筒31的顶部与外壳箱2固定连接，底部连接有压缩复位部件32，所述限位套筒31上设置有支撑部件34，所述支撑部件34上设置有锁定部件33，所述压缩复位部件32上套接有滑动部件35，所述滑动部件35与锁定部件33连接，所述滑动部件35上铰接有多爪抓取模块1。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构在与待对接的机器人进行对接时，将多爪抓取模块1与待对接体进行抓取对接，使得抓取机构与待对接体之间进行柔性连接，进而使得其与待对接体之间形成了柔性对接结构，进而进一步的解决了现有自重构机器人在对接过程中因为都采用刚性连接而导致的自重构机器人的柔性能力差的技术缺陷，采用本对接方式，有效提升了自重构机器人的柔性能力。

为了更好的实现本发明，作为上述技术方案的进一步描述，所述导向部件包括固定设置在外壳箱2上的限位套筒31，所述限位套筒31的筒壁上设置有轴向的第一通槽312，所述第一通槽312的对侧面上设置有通孔313，所述通孔313内设置有锁定部件33，并且，所述限位套筒31内套接有内空的导向杆321，所述导向杆321的侧面上设置有解锁孔3211和锁定孔3212。为了更好的实现本发明，作为上述技术方案的进一步描述，所述限位套筒31的筒壁上设置有轴向的第一通槽312，所述第一通槽312的对侧面上设置有通孔313，所述限位套筒31内设置有内空的导向杆321，所述导向杆321的侧面上设置有解锁孔3211和锁定孔3212。

作为上述技术方案的进一步描述，所述压缩复位部件32包括套接在导向杆321上的压缩弹簧322，所述压缩弹簧322上固定连接有滑动部件35，所述压缩弹簧322的一端与导向杆321固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述，所述锁定部件33包括与支撑部件34固定连接的锁定座331，所述锁定座331上固定有锁定外壳体332，所述锁定外壳体332内腔设置有阶梯轴333，所述阶梯轴333的一端插接在锁定孔3212内，另一端通过锁定弹簧与后盖335连接，所述后盖335与锁定外壳体332固定连接，并且，所述导向杆321的锁定孔3212一侧设置有电磁铁334，所述电磁铁334上设置有电磁销，所述电磁销在通电状态下将阶梯轴333顶入至解锁孔3211内实现解锁。

作为上述技术方案的进一步描述，所述阶梯轴333包括与锁定孔3212匹配的解锁段3331，所述解锁段3331的一端固定连接有锁定段3332，所述锁定段3332的另一端固定连接有固定盘，所述固定盘的另一端设置有导向短杆伸缩段3334，所述导向短杆伸缩段3334上套设有锁定弹簧3335，所述锁定弹簧3335的两端分别与固定盘和后盖335固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述，所述支撑部件34包括支撑板341，所述支撑板341的下侧面上设置有若干铜柱342，所述铜柱342的另一端通过螺钉与外壳箱2内腔的底面固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述，所述滑动部件35包括滑动盘351，所述滑动盘351与复位弹簧固定连接，并且，滑动盘351的外侧面上设置有若干第一连接部352，所述滑动盘351上连接有锁定杆353，所述锁定杆353的杆身上沿其长边方向贯穿设置有与解锁段3331相同直径的小径段3531，所述小径段3531靠近阶梯轴333的一端连通有与锁定段3332相同直径的大径段3532，所述解锁段3331置于小径段3531内。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，所述的自锁模块3的具体工作流程为：以使用本机构的整体机构需要抓取连接和解锁脱离的整个流程为例；假设此时本机构是处于锁定状态需要解锁，首先，打开电磁铁334，接下来电磁铁334将电磁销推出并且通过电磁销将解锁段3331顶回至解锁孔3211中，进一步地，随着待抓取体的不断后移，待抓取体的尺寸经历先变大后变小的过程，并带动接触爪14的接触轴径先变大在变小，在臂杆12的带动下滑动盘351也先向下运动在向上运动，最后使得多爪抓取模块1完全脱离。

假设此时需使用本结构对自适应对接模块进行抓取对接，首先，电磁铁334通电并致使电磁销顶出将解锁段3331顶入解锁孔3211中， 进一步地，滑动盘351在压缩弹簧322的驱动下沿导向轴向靠近支撑板341的一端运动，进一步地，与转动盘连接的多爪抓取模块1向下运动接触轴径变小，至此完成了抓取前的准备工作，进一步的开始抓取过程，随着待抓取体轴径尺寸的不断变大，使接触爪14的接触轴径不断变大，同时接触爪14的另一端带动连杆11运动，连杆11的另一端带动滑动盘351向下运动，同时滑动盘351压缩弹簧322，为预锁定提供能量。当接触爪14弧面的最高点越过待抓取体的最大轴向半径时，压缩弹簧322伸长带动滑动盘351向上运动，滑动盘351同时带动连杆11运动，并使接触爪14的接触轴径不断变小，进一步地，待多爪抓取模块1与待抓取体对接完成之后，复位弹簧向上运动，此时，与滑动盘351相连接的锁定杆353向上运动并停止，进一步地，断开电磁铁334的电源并使得电磁销缩回，进一步地，阶梯轴333在锁定弹簧3335的推动下弹出并插接在锁定孔3212中，进一步地，完成锁定。

需要特别和明确说明的是，作为优选实施方式，在本实施例中，刚开始对接时，所述的阶梯轴333的锁定段3332在电磁铁334上的电磁销顶出作用下与锁定杆353的小径处接触，及解锁段3331在锁定杆353的小径段3531内滑动，随着上述的一系列运动，锁定杆353到达锁定位置，梯形杆锁定段3332插入到锁定杆353的大径处、解锁段3331插入到导向杆321的锁定孔3212内实现锁定，至此就是实现了锁定工作。

作为上述技术方案的进一步描述，所述多爪抓取模块1包括至少三个爪式对接部件，所述爪式对接部件包括连杆11，所述连杆11的一端与滑动盘351上的铰接部铰接，另一端通过转轴13铰接有臂杆12，所述转轴13与外壳箱2转动连接，并且，臂杆12的另一端设置有具有弧形抓取曲面的接触爪14。

作为上述技术方案的进一步描述，所述外壳箱2包括箱体21，所述箱体21的侧面上环向设置有与滑动盘351上数目相同的第二通槽22，所述第二通槽22的两侧面上设置有双耳支座23，所述臂杆12与双耳支座23上转动连接。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，所述的多爪对接机构具有如下对接场景：

场景一：使用本机构的自重构机器人在山区地域行驶并且需要进行自重构，假设接触爪14是完全与待对接体进行柔性连接并且待对接体的中心位置与设置有三个接触爪14的外壳箱2的中心位置重叠，在使用过程中，三个接触爪14沿待抓取体同时运动并与待对接体完全柔性连接，通过这一连接方式，使得多爪抓取模块1与待对接体之间形成的柔性对接机构具有稳定的结构，进而保障了本发明整体结构的紧凑性。

情景二：使用本机构的自重构机器人在平原地域行驶并且需要进行自重构，假设三个接触爪14与待对接体进行部分连接，剩余部分与待对接体接触并且待对接体与本发明的中心位置不重叠，即待对接体处于偏心状态，在使用过程中，所述的待对接体以偏心状态卡接在三个接触爪14上，为了提升本发明的稳定性，接触爪14卡接入待对接体上的数目至少为两个，这样设计就能保证多爪抓取模块1与待抓取物连接之后具有很好的连接能力。

通过上述方案，利用多爪抓取模块中的接触爪在对机器人的其他机构进行抓取对接时，使得多爪抓取模块与被抓取的机器人其他机构之间形成了柔性连接结构，进而进一步的解决了现有自重构机器人在对接过程中因为都采用刚性连接而导致的自重构机器人的柔性能力差的技术缺陷，采用本对接方式，有效提升了自重构机器人的柔性能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：包括多爪抓取模块(1)，所述多爪抓取模块(1)的一端设置有自锁模块(3)，所述多爪抓取模块(1)与外壳箱(2)的侧壁转动连接；

所述自锁模块（3）包括限位套筒（31），所述限位套筒（31）的顶部与外壳箱（2）固定连接，底部连接有压缩复位部件（32），所述限位套筒（31）上设置有支撑部件（33），所述支撑部件（33）上设置有锁定部件（34），所述压缩复位部件（32）上套接有滑动部件（35），所述滑动部件（35）与锁定部件（34）连接，所述滑动部件（35）上铰接有多爪抓取模块(1)。

2.根据权利要求1所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述限位套筒（31）的筒壁上设置有轴向的第一通槽（312），所述第一通槽（312）的对侧面上设置有通孔（313），所述限位套筒（31）内设置有内空的导向杆（321），所述导向杆（321）的侧面上设置有解锁孔（3211）和锁定孔（3212）。

3.根据权利要求2所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述压缩复位部件（32）包括套接在导向杆（321）上的压缩弹簧（322），所述压缩弹簧（322）上固定连接有滑动部件（35），所述压缩弹簧（322）的一端与导向杆（321）固定连接。

4.根据权利要求3所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述锁定部件（33）包括与支撑部件（34）固定连接的锁定座（331），所述锁定座（331）上固定有锁定外壳体（332），所述锁定外壳体（332）内腔设置有阶梯轴（333），所述阶梯轴（333）的一端插接在解锁孔（3211）内，另一端通过锁定弹簧与后盖连接（335），所述后盖（335）与锁定外壳体（332）固定连接，并且，所述锁定孔（3212）所在的一侧设置有电磁铁（334），所述电磁铁（334）上设置有电磁销（336），所述电磁销（336）在通电状态下将阶梯轴（333）顶入至锁定孔（3212）内实现解锁。

5.根据权利要求4所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述阶梯轴（333）包括与锁定孔（3212）匹配的解锁段（3331），所述解锁段（3331）的一端固定连接有锁定段（3332），所述锁定段（3332）的另一端固定连接有固定盘（3333），所述固定盘（3333）的另一端设置有导向短杆伸缩段（3334），所述导向短杆伸缩段（3334）上套设有锁定弹簧（3335），所述锁定弹簧（3335）的两端分别与固定盘和后盖（335）固定连接。

6.根据权利要求5所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述支撑部件（33）包括支撑板（341），所述支撑板（341）的下侧面上设置有若干铜柱（342），所述铜柱（342）的另一端通过螺钉与外壳箱（2）内腔的底面固定连接。

7.根据权利要求6所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述滑动部件（35）包括滑动盘（351），所述滑动盘（351）与复位弹簧固定连接，并且，滑动盘（351）的外侧面上设置有若干第一连接部（352），所述滑动盘（351）上连接有锁定杆（353），所述锁定杆（353）的杆身上沿其长边方向贯穿设置有与解锁段（3331）相同直径的小径段（3531），所述小径段（3531）靠近阶梯轴（333）的一端连通有与锁定段（3332）相同直径的大径段（3532），所述解锁段（3331）置于小径段（3531）内。

8.根据权利要求7所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述多爪抓取模块(1)包括至少三个爪式对接部件，所述爪式对接部件包括连杆（11），所述连杆（11）的一端与滑动盘（351）上的铰接部铰接，另一端通过转轴（13）铰接有臂杆（12），所述转轴（13）与外壳箱（2）转动连接，并且，臂杆（12）的另一端设置有具有弧形抓取曲面的接触爪（14）。

9.根据权利要求8所述的适用于自重构机器人的多爪抓取机构，其特征在于：所述外壳箱（2）包括顶端为敞口结构的箱体（21），所述箱体（21）的侧面上环向设置有与滑动盘（351）上数目相同的第二通槽（22），所述第二通槽（22）的两侧面上设置有双耳支座（23），所述臂杆（12）与双耳支座（23）上转动连接。

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