CN113580179B - 双向可变刚度柔性折纸机械爪 - Google Patents
双向可变刚度柔性折纸机械爪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113580179B CN113580179B CN202110984404.9A CN202110984404A CN113580179B CN 113580179 B CN113580179 B CN 113580179B CN 202110984404 A CN202110984404 A CN 202110984404A CN 113580179 B CN113580179 B CN 113580179B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- paper folding
- flexible
- motor
- framework
- sliding block
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 title claims abstract description 35
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 abstract 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 11
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 235000013569 fruit product Nutrition 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012794 pre-harvesting Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Folding Of Thin Sheet-Like Materials, Special Discharging Devices, And Others (AREA)
Abstract
本发明涉及一种双向可变刚度柔性折纸机械爪，由驱动结构和双向柔性爪结构组成，驱动机构包括电机、滑块、丝杠、滑台和连接板，双向柔性爪机构包括两个柔性爪组件，柔性爪组件包括弹簧、折纸骨架、柔性膜和刚性约束线。电机与丝杠相连，丝杠与滑台配合，驱动丝杠可使滑台前后运动。滑台与弹簧连接，滑台压缩或拉伸弹簧，弹簧组装进折纸骨架，可将所受到滑台施加的力传递给折纸骨架，由于硅胶模固连骨架一侧，两侧受力不均衡，骨架会发生弯曲。约束线连接骨架另一侧至滚轴，当骨架弯曲至要求角度，滚轴固定约束线，继续压缩弹簧，约束线绷紧，骨架保持状态，完成抓取工作。本发明通过简单结构，成功实现柔性抓取的同时还可实现机械爪的刚度可变。
Description
技术领域
本发明属于农业机械部件领域，具体涉及一种双向可变刚度柔性折纸机械爪。
背景技术
我国是全球最大的蔬果生产国与消费国，在农村劳动力日益紧张的情况下，强化蔬果生产过程的机械化与自动化，对于提高蔬果产品的经济效益、促进农民持续增收、推进乡村振兴具有重要的战略意义。目前，机械设备在我国蔬果的采前生产中已经有了一定程度的应用，在采摘以及采后的分选、包装等商品化处理环节中则较为有限。其主要原因是蔬果本身具有复杂的形状、较大的重量以及易损伤的特性，同时农业生产强调经济性，因此对夹持器的力承载能力、顺应性和制作成本均提出了较高的要求。现阶段，研发能安全、稳定抓取蔬果且价格低廉的机械爪已经成为该领域的技术瓶颈，也是当前亟待解决的问题。
传统机械爪一般基于刚性材料制作，价格昂贵，且其较大的抓取力容易损伤蔬果，影响其品质，往往难以被直接应用。新兴的软体驱动器由软体材料制作，其运动主要通过材料本身的形变实现，因而具有良好的灵活性、高度的顺应性以及自然安全的可交互性。其中，气动软体驱动器由于其质量轻、效率高以及制作简易的特点，是被最为广泛应用的软体驱动器，在蔬果机械爪的开发中具有巨大潜力。在最近的研究中，气动软体驱动器与折纸结构结合，利用膨胀展开和收缩折叠来实现不同的运动形式，进一步提高了其变形率，并且由于折叠结构的展开收缩相较于弹性形变消耗的能量更少，其驱动效率也往往更高，制作材料的选择也更加丰富。但是，由于气动软体驱动器的刚度较小，其输出与承载力的能力均有限，在外力作用下易产生难以预测的复杂形变，难以对蔬果实现稳定的抓取。同时，由于气动控制系统的价格较为昂贵，其整体的制作成本仍然较高，限制了其在农业生产中的应用潜力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测结果准确，效率高的双向可变刚度柔性折纸机械爪。
双向可变刚度柔性折纸机械爪，包括驱动机构和双向柔性爪机构，所述驱动机构包括电机、滑块、丝杠、滑台和连接板，所述电机的输出端与丝杠固定连接，所述丝杠上设置有滑块，所述电机用于通过驱动丝杠带动滑块上下移动，所述滑台上端与电机固定连接，下端与丝杠下端固定连接，所述丝杠下端固定有连接板；
所述双向柔性爪机构包括两个柔性爪组件，两个柔性爪组件对称设置在滑块和连接板左右两端；所述柔性爪组件包括弹簧、折纸骨架、柔性膜和刚性约束线，所述折纸骨架为多块安装板收尾顺次铰接形成的锯齿状骨架，所述折纸骨架底部的安装板为底板，其余安装板为中间板，两个折纸骨架分别铰接在连接板两端下方，所述弹簧贯穿连接板一端和中间板且上端与滑块一端固定连接，所述弹簧下端与底板固定连接，所述折纸骨架内侧固定有柔性膜，所述柔性膜上端固定在连接板上且用于限定折纸骨架的活动范围，所述折纸骨架外侧设置有刚性约束线，所述刚性约束线上端向外延伸并固定在电机上，下端与底板固定连接，所述中间板的外侧能沿着刚性约束线滑动，所述驱动机构用于通过驱动滑块向下或向上移动，带动弹簧收缩或拉伸，通过弹簧带动折纸骨架产生形变。
进一步的，折纸骨架的中间板和底板内侧的边均与柔性膜固定连接。
进一步的，所述约束线穿过折纸骨架的中间板外侧的边，使得折纸骨架的中间板能沿着刚性约束线滑动。
进一步的，电机两侧的刚性约束线通过滚轴固定在电机上，通过转动滚轴能同时调节两侧折纸骨架与电机之间的约束线的长度。
本发明的有益效果为：当电机驱动滑块向下移动，压缩弹簧，弹簧将力传导至折纸骨架，由于骨架两侧受力不均衡发生向内弯曲，闭口；反之，驱动滑块向上拉伸弹簧，弹簧会给予折纸骨架向上拉伸受力，骨架两侧受力不均衡向外弯曲，张口。弹簧同样可随着折纸骨架弯曲，针对不同物体便可实现柔性抓取，保证物体或蔬果表面质量，同时可以完成对大于抓手尺寸物体抓取；当需要调节机械爪刚度时，先松开滚轴，闭口或张口至所需情况，固定滚轴，继续驱动滑块，使约束线绷紧，折纸骨架状态保持不变，机械爪刚度增加，实现刚度可变；本发明结构简单，制作成本低，抓取稳定性较高。
附图说明
图1为本发明整体结构立体示意图；
图2为本发明向内弯曲示意图；
图3为本发明向外弯曲示意图。
附图中各部件代表的列表如下：
1、电机；2、滑块；3、丝杠；4、滑台；5、连接板；6、弹簧；7、折纸骨架；8、柔性膜；9、刚性约束线；10、滚轴
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一段分实施例，而不是全段的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，双向可变刚度柔性折纸机械爪，包括驱动机构和双向柔性爪机构，所述驱动机构包括电机1、滑块2、丝杠3、滑台4和连接板5，所述电机1的输出端与丝杠固定连接，所述丝杠3上设置有滑块2，所述电机1用于通过驱动丝杠3带动滑块2上下移动，所述滑台4上端与电机1固定连接，下端与丝杠下端固定连接，所述丝杠下端固定有连接板5；
所述双向柔性爪机构包括两个柔性爪组件，两个柔性爪组件对称设置在滑块2和连接板5左右两端；所述柔性爪组件包括弹簧6、折纸骨架7、柔性膜8和刚性约束线9，所述折纸骨架7为多块安装板收尾顺次铰接形成的锯齿状骨架，所述折纸骨架7底部的安装板为底板，其余安装板为中间板，两个折纸骨架7分别铰接在连接板5两端下方，所述弹簧6贯穿连接板5一端和中间板且上端与滑块2一端固定连接，所述弹簧6下端与底板固定连接，所述折纸骨架7内侧固定有柔性膜8，所述柔性膜8上端固定在连接板5上且用于限定折纸骨架7的活动范围，所述折纸骨架7外侧设置有刚性约束线9，所述刚性约束线9上端向外延伸并固定在电机1上，下端与底板固定连接，所述中间板的外侧能沿着刚性约束线9滑动，所述驱动机构用于通过驱动滑块2向下或向上移动，带动弹簧6收缩或拉伸，通过弹簧6带动折纸骨架7产生形变。
进一步的，折纸骨架7的中间板和底板内侧的边均与柔性膜8固定连接。
进一步的，所述约束线穿过折纸骨架7的中间板外侧的边，使得折纸骨架7的中间板能沿着刚性约束线9滑动。
进一步的，电机1两侧的刚性约束线9通过滚轴10固定在电机1上，通过转动滚轴10能同时调节两侧折纸骨架7与电机1之间的约束线的长度。
如图2所示，当电机驱动滑块向下移动，压缩弹簧，弹簧将力传导至折纸骨架，由于骨架两侧受力不均衡发生向内弯曲，闭口；如图3所示，驱动滑块向上拉伸弹簧，弹簧会给予折纸骨架向上拉伸受力，骨架两侧受力不均衡向外弯曲，张口。弹簧同样可随着折纸骨架弯曲，针对不同物体便可实现柔性抓取，保证物体或蔬果表面质量，同时可以完成对大于抓手尺寸物体抓取；当需要调节机械爪刚度时，先松开滚轴，闭口或张口至所需情况，固定滚轴，继续驱动滑块，使约束线绷紧，折纸骨架状态保持不变，机械爪刚度增加，实现刚度可变。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (3)
1.双向可变刚度柔性折纸机械爪，其特征在于，包括驱动机构和双向柔性爪机构，所述驱动机构包括电机（1）、滑块（2）、丝杠（3）、滑台（4）和连接板（5），所述电机（1）的输出端与丝杠固定连接，所述丝杠（3）上设置有滑块（2），所述电机（1）用于通过驱动丝杠（3）带动滑块（2）上下移动，所述滑台（4）上端与电机（1）固定连接，下端与丝杠下端固定连接，所述丝杠下端固定有连接板（5）；
所述双向柔性爪机构包括两个柔性爪组件，两个柔性爪组件对称设置在滑块（2）和连接板（5）左右两端；所述柔性爪组件包括弹簧（6）、折纸骨架（7）、柔性膜（8）和刚性约束线（9），所述折纸骨架（7）为多块安装板首尾顺次铰接形成的锯齿状骨架，所述折纸骨架（7）底部的安装板为底板，其余安装板为中间板，两个折纸骨架（7）分别铰接在连接板（5）两端下方，所述弹簧（6）贯穿连接板（5）一端和中间板且上端与滑块（2）一端固定连接，所述弹簧（6）下端与底板固定连接，所述折纸骨架（7）内侧固定有柔性膜（8），所述柔性膜（8）上端固定在连接板（5）上且用于限定折纸骨架（7）的活动范围，所述折纸骨架（7）外侧设置有刚性约束线（9），所述刚性约束线（9）上端向外延伸并固定在电机（1）上，下端与底板固定连接，所述中间板的外侧能沿着刚性约束线（9）滑动，所述电机（1）用于通过驱动滑块（2）向下或向上移动，带动弹簧（6）收缩或拉伸，通过弹簧（6）带动折纸骨架（7）产生形变。
2.根据权利要求1所述的双向可变刚度柔性折纸机械爪，其特征在于，折纸骨架（7）的中间板和底板内侧的边均与柔性膜（8）固定连接。
3.根据权利要求1所述的双向可变刚度柔性折纸机械爪，其特征在于，电机（1）两侧的刚性约束线（9）通过滚轴（10）固定在电机（1）上，通过转动滚轴（10）能同时调节两侧折纸骨架（7）与电机（1）之间的约束线的长度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110984404.9A CN113580179B (zh) | 2021-08-25 | 2021-08-25 | 双向可变刚度柔性折纸机械爪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110984404.9A CN113580179B (zh) | 2021-08-25 | 2021-08-25 | 双向可变刚度柔性折纸机械爪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113580179A CN113580179A (zh) | 2021-11-02 |
| CN113580179B true CN113580179B (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=78239621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110984404.9A Active CN113580179B (zh) | 2021-08-25 | 2021-08-25 | 双向可变刚度柔性折纸机械爪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113580179B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102233999B1 (ko) * | 2019-11-14 | 2021-03-31 | 한국과학기술원 | 소프트 그리퍼 |
| CN113021410A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-25 | 大连理工大学 | 一种融合折纸形外壳与张拉结构的连续型机械臂 |
| CN113246160A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-13 | 重庆邮电大学 | 一种带有折纸结构的磁控柔性抓取器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018175744A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | President And Fellows Of Harvard College | Programmable multi-scale fluidic artificial muscles and pistons |
-
2021
- 2021-08-25 CN CN202110984404.9A patent/CN113580179B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102233999B1 (ko) * | 2019-11-14 | 2021-03-31 | 한국과학기술원 | 소프트 그리퍼 |
| CN113021410A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-25 | 大连理工大学 | 一种融合折纸形外壳与张拉结构的连续型机械臂 |
| CN113246160A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-13 | 重庆邮电大学 | 一种带有折纸结构的磁控柔性抓取器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于SMA软体手指的变刚度驱动方法与实验研究;何明畅;基于SMA中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑(第2019 年 第02期);I140-814 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113580179A (zh) | 2021-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203127745U (zh) | 连杆驱动装置 | |
| CN111924187B (zh) | 一种软袋装箱机用伸缩抓头机构 | |
| CN207712407U (zh) | 一种手持式包装箱胶带快速黏贴装置 | |
| CN106882422A (zh) | 一种全自动快递纸箱包装机 | |
| CN109623788A (zh) | 水果自动包装设备用的机械手抓取装置及方法 | |
| CN202863811U (zh) | 用于开箱机的输送带组件 | |
| CN113580179B (zh) | 双向可变刚度柔性折纸机械爪 | |
| CN112478252A (zh) | 球状水果发泡网套包装机 | |
| CN210555934U (zh) | 可调节式封箱装置 | |
| CN201080257Y (zh) | U型双卡封口机 | |
| CN212892146U (zh) | 一种高效型牵引辅机 | |
| CN114455151B (zh) | 一种棒材打捆用夹紧机构及其使用方法 | |
| CN101844136A (zh) | 无碰伤水果过渡转换装置 | |
| CN205113816U (zh) | 一种同步下压装置 | |
| CN110077666B (zh) | 包装袋拉圆机构及方法 | |
| CN208731296U (zh) | 一种高速膜包机 | |
| CN206216785U (zh) | 一种纸板剪裁机 | |
| CN217497840U (zh) | 一种提升装置 | |
| CN206511172U (zh) | 食品包装用传送装置 | |
| CN214029314U (zh) | 球状水果发泡网套扩膜套网机构 | |
| CN112009801B (zh) | 一种塑料制品加工用包装封边设备 | |
| CN214029313U (zh) | 球状水果发泡网套包装机 | |
| CN221718893U (zh) | 家电自动打包装置 | |
| CN213009042U (zh) | 一种包装袋用热封装置 | |
| CN216072388U (zh) | 一种用于裱纸机的收纸机构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |