CN210704429U

CN210704429U - 一种平行驱动的柔顺欠驱动夹持器

Info

Publication number: CN210704429U
Application number: CN201921485057.XU
Authority: CN
Inventors: 黄铭贤; 卢清华
Original assignee: Foshan University
Current assignee: Foshan University
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2029-09-06

Abstract

本实用新型提供一种平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，包括两个夹持臂和驱动部件；两个夹持臂镜像对称设置并分别与驱动部件连接，驱动部件驱动两个夹持臂移动实现夹持或张开运动；夹持臂包括固定部、与固定部垂直连接的夹持杆、连接杆、柔性铰链和限位部件；夹持杆通过柔性铰链与固定部连接，夹持杆为由柔性铰链连接的分段结构；连接杆一端通过柔性铰链与固定部连接，另一端通过柔性铰链与夹持杆连接，连接杆为由柔性铰链连接的分段结构；限位部件与连接杆上的柔性铰链相对设置，实现限制夹持杆向外运动。本实用新型夹持器灵活性强并具有一定柔性，对抓取对象的轮廓自适应能力强，从而有效提高夹持器的通用性；该夹持器能够缓冲驱动组件的推力。

Description

一种平行驱动的柔顺欠驱动夹持器

技术领域

本实用新型涉及夹持器技术领域，更具体地说，涉及一种平行驱动的柔顺欠驱动夹持器。

背景技术

夹持器是握住物体进而操控物体的设备，它能够在执行某些动作的同时夹住和松开物体。在典型的机器人加工工艺中，均需通过夹持器装夹定位和分拣搬运工件。

目前，夹持器一般作为抓取工具安装在机械臂末端，通过手爪将物体抓取并夹持固定，随后从初始位置转移至目标位置或根据需要进行其它操作。现阶段生产中，广泛采用的刚性夹持器存在通用性差、制造成本高、柔度不足等问题：

(1)通用性差导致需频繁更换夹持器以适应五金件制造加工换产快的特点，不利于经济性；

(2)制造成本高不利于产业化应用；

(3)柔度不足导致刚性夹持器易损伤五金产品表面，影响加工安全性。

因此，亟需设计一款低成本、具有良好顺应性的通用机器人夹持器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，该柔顺欠驱动夹持器灵活性强并具有一定柔性，对抓取对象的轮廓自适应能力强，从而有效提高夹持器的通用性；同时，该夹持器能够缓冲驱动组件的推力，并能够通过自身的柔度保护被抓取对象。

为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现：一种平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：包括两个夹持臂和驱动部件；两个所述夹持臂镜像对称设置并分别与驱动部件连接，驱动部件驱动两个夹持臂移动实现夹持或张开运动；

所述夹持臂包括固定部、与固定部垂直连接的夹持杆、连接杆、柔性铰链和限位部件；所述夹持杆通过柔性铰链与固定部连接，夹持杆为由柔性铰链连接的分段结构；所述连接杆一端通过柔性铰链与固定部连接，另一端通过柔性铰链与夹持杆连接，连接杆为由柔性铰链连接的分段结构；所述限位部件与连接杆上的柔性铰链相对设置，实现限制夹持杆向外运动，以保证夹持臂的夹持杆向内夹持。

在上述方案中，镜像对称设置的夹持臂通过驱动部件驱动实现对被夹持物进行夹持或张开。夹持臂夹持过程中，在柔性铰链和连接杆的作用，使得夹持杆贴合被夹持物表面轮廓，而限位部件限制外侧柔性铰链转角增大，以限制夹持杆向外运动，维持夹持臂结构的稳定性，保证夹持臂的夹持杆向内夹持，实现夹持臂对被夹持物的稳定夹持。该柔顺欠驱动夹持器灵活性强并具有一定柔性，在柔性铰链和连接杆的作用下，对抓取对象的轮廓自适应能力强，从而有效提高夹持器的通用性。同时，该夹持器能够缓冲驱动组件的推力，并能够通过自身的柔度保护被抓取对象。

所述夹持杆包括远端夹持杆、中间夹持杆和近端夹持杆。

所述柔性铰链包括第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第四柔性铰链、第五柔性铰链和第六柔性铰链。

所述夹持杆为由柔性铰链连接的分段结构是指：所述夹持杆为由远端夹持杆、中间夹持杆和近端夹持杆分别通过第一柔性铰链和第三柔性铰链连接组成的分段结构式夹持杆；所述近端夹持杆通过第五柔性铰链与固定部连接。

所述连接杆包括中间连接杆和近端连接杆；所述连接杆为由柔性铰链连接的分段结构是指：连接杆为由中间连接杆和近端连接杆通过第四柔性铰链连接组成的分段结构式连接杆。

所述中间连接杆通过第二柔性铰链与远端夹持杆底部连接；所述近端连接杆通过第六柔性铰链与固定部连接。

所述限位部件包括与远端夹持杆连接的第一限位部件、与中间连接杆连接的第二限位部件和与近端连接杆连接的第三限位部件；所述第一限位部件位于连接杆的外侧并与第二柔性铰链相对设置；所述第二限位部件位于连接杆的外侧并与第四柔性铰链相对设置；所述第三限位部件位于连接杆的外侧并与第六柔性铰链相对设置。

本实用新型还包括用于消除限位部件与连接杆之间间隙的第一套筒、第二套筒和第三套筒；所述第一套筒以过盈配合的方式套设第一限位部件的端部并与中间连接杆相抵；所述第二套筒以过盈配合的方式套设第二限位部件的端部并与近端连接杆相抵；所述第三套筒以过盈配合的方式套设第三限位部件的端部并与固定部相抵。本实用新型的第一套筒、第二套筒和第三套筒分别用于消除第一限位部件与中间连接杆之间、第二限位部件与近端连接杆之间、以及第三限位部件与所述固定部之间由于加工存在的间隙。在夹持臂加工过程中，限位部件和连杆之间的位置必定存在间隙，在平行夹持时，该间隙的存在，无法保证远端夹持杆的垂直，被夹持物容易被挤出。

所述柔性铰链为圆型切槽柔性铰链。本实用新型采用圆型切槽柔性铰链可增强结构的稳定性，而且整个夹持臂能够一体成型免装配，批量成产注塑加工成本低，并无摩擦。

所述驱动部件为双向平行驱动的动力装置；所述夹持臂为一体成型的软胶构件。本实用新型的夹持臂为一体成型的软胶构件，该夹持臂一体成型免装配、使用注塑成型的方法批量生产成本低。该软胶构件为赵氏硬度是90度的软胶材料，大约能负重2KG以下的物体，另外柔顺铰链的厚度的增加能进一步提高夹持臂的负载能力。

本实用新型夹持器使用单一驱动源的情况下能够实现多种夹持模式，分别为平行抓取，与包络抓取，对物体的轮廓自适应能力强；而且连接杆与柔性铰链能够缓冲驱动组件的推力，并能够通过自身的柔度保护被抓取对象，当抓取对象已经被夹持后，驱动部件继续作用，也不容易压伤抓取对象。

本实用新型平行驱动的柔顺欠驱动夹持器具有以下优点：

1、经济性(成本低)：夹持臂一体成型免装配、使用注塑成型的方法批量生产成本低；此外，采用的驱动部件包含的零件少，驱动原理简单，驱动构成简单。

2、自适应能力强：相比于刚性机构，该夹持器具有顺应性，更好的贴合被夹持物体表面轮廓，使夹持器对物体轮廓表面的自适应能力进一步提升。

3、安全性：夹持臂能够通过自身的柔度保护被抓取对象，由于夹持杆和连接杆各处通过柔性铰链连接，在抓取物品的时候，柔性铰链能够缓冲驱动部件的推力，当抓取对象已经被夹持住后，驱动部件继续作用，也不容易压伤抓取物体。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点与有益效果：本实用新型平行驱动的柔顺欠驱动夹持器灵活性强并具有一定柔性，对抓取对象的轮廓自适应能力强，从而有效提高夹持器的通用性；同时，该夹持器能够缓冲驱动组件的推力，并能够通过自身的柔度保护被抓取对象。

附图说明

图1是本实用新型平行驱动的柔顺欠驱动夹持器的立体图；

图2是本实用新型的夹持臂的示意图；

图3是本实用新型平行驱动的柔顺欠驱动夹持器的爆炸图；

图4是本实用新型的套筒的示意图；

图5是本实用新型的伪刚体模型简图；

图6是本实用新型的夹持器平行夹持方形物体时的简图；

图7是本实用新型的夹持器包络夹持圆柱形物体时的简图；

图8是本实用新型的夹持器包络夹持不规则物体时的简图。

其中，1为远端夹持杆、2为中间夹持杆、3为中间连接杆、4为近端夹持杆、5为近端连接杆、6为固定部、7为第一柔性铰链、8为第二柔性铰链、9为第三柔性铰链、10为第四柔性铰链、11为第五柔性铰链、12为第六柔性铰链、13为第一限位部件、14为第二限位部件、15为第三限位部件、16为第一套筒、17为驱动连接元件、18为驱动部件、19为第二套筒、20为第三套筒。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例

如图1至图8所示，本实用新型平行驱动的柔顺欠驱动夹持器包括两个夹持臂和驱动部件18，其中，该驱动部件2为双向平行驱动的动力装置；两个夹持臂镜像对称设置并分别通过驱动连接元件17与驱动部件2连接，驱动部件2驱动两个夹持臂移动实现夹持或张开运动。

每个夹持臂包括固定部6、与固定部6垂直连接的夹持杆、连接杆、柔性铰链和限位部件，其中，夹持杆通过柔性铰链与固定部6连接，夹持杆为由柔性铰链连接的分段结构；连接杆一端通过柔性铰链与固定部6连接，另一端通过柔性铰链与夹持杆连接，连接杆为由柔性铰链连接的分段结构；该限位部件与连接杆上的柔性铰链相对设置，实现限制夹持杆向外运动，以保证夹持臂的夹持杆向内夹持。

具体地说，夹持杆包括远端夹持杆1、中间夹持杆2和近端夹持杆4。柔性铰链包括第一柔性铰链7、第二柔性铰链8、第三柔性铰链9、第四柔性铰链10、第五柔性铰链11和第六柔性铰链12。连接杆包括中间连接杆3和近端连接杆4。

其中，夹持杆为由柔性铰链连接的分段结构是指：夹持杆为由远端夹持杆1、中间夹持杆2和近端夹持杆4分别通过第一柔性铰链7和第三柔性铰链连9接组成的分段结构式夹持杆，近端夹持杆4通过第五柔性铰链11与固定部6连接。连接杆为由柔性铰链连接的分段结构是指：连接杆为由中间连接杆3和近端连接杆5通过第四柔性铰链10连接组成的分段结构式连接杆。中间连接杆3通过第二柔性铰链8与远端夹持杆1底部连接，近端连接杆5通过第六柔性铰链12与固定部6连接。

限位部件包括与远端夹持杆1连接的第一限位部件13、与中间连接杆3连接的第二限位部件14和与近端连接杆5连接的第三限位部件15，其中，第一限位部件13位于连接杆的外侧并与第二柔性铰链8相对设置，第二限位部件14位于连接杆的外侧并与第四柔性铰链10相对设置，第三限位部件15位于连接杆的外侧并与第六柔性铰链12相对设置。本实用新型还包括用于消除限位部件与连接杆之间间隙的第一套筒16、第二套筒19和第三套筒20，其中，第一套筒16以过盈配合的方式套设第一限位部件13的端部并与中间连接杆3相抵，第二套筒19以过盈配合的方式套设第二限位部件14的端部并与近端连接杆5相抵；第三套筒20以过盈配合的方式套设第三限位部件15的端部并与固定部6相抵。本实用新型的第一套筒16、第二套筒19和第三套筒20分别用于消除第一限位部件13与中间连接杆3之间、第二限位部件14与近端连接杆5之间、以及第三限位部件15与固定部6之间由于加工存在的间隙。在夹持臂加工过程中，限位部件和连杆之间的位置必定存在间隙，在平行夹持时，该间隙的存在，无法保证远端夹持杆的垂直，被夹持物容易被挤出。

柔性铰链为圆型切槽柔性铰链。本实用新型采用圆型切槽柔性铰链可增强结构的稳定性，而且整个夹持臂能够一体成型免装配，批量成产注塑加工成本低，并无摩擦。

本实施例双向平行驱动的动力装置外购的产品，是FOSTO公司的双向滑台式气缸，型号为HGPLE-25-80-2,8。本实用新型的夹持臂为一体成型的软胶构件，该夹持臂一体成型免装配、使用注塑成型的方法批量生产成本低。该软胶构件为赵氏硬度是90度的软胶材料，大约能负重2KG以下的物体，另外柔顺铰链的厚度的增加能进一步提高夹持臂的负载能力。

该实用新型的工作原理如下：

初始状态时，夹持器的伪刚体模型如图5所示。

(1)当实现平行夹持物体时，夹持器的机构简图如图6所示。驱动部件18的输出端带动左右两夹持元件向夹持器对称中心平行移动，当远端夹持杆1接触物体时，以右侧夹持臂为例子，第一限位部件13、第二限位部件14、第三限位部件15分别限制远端夹持杆1与相应连杆夹角的增大趋势，由于远端夹持杆1具有顺时针转动的趋势，此时中间夹持杆2、近端夹持杆4受拉，从而实现稳定的平行夹持。

下面分别用杆ABF代替远端夹持杆1、杆BC代替中间连接杆3、杆CD代替近端连接杆5，杆DE代替固定部6进行说明。

①当杆ABF接触被夹持物体时，受到一个水平向右的作用力，杆ABF具有绕F点作顺时针转动趋势；

②从而引起，相对于杆BD，杆ABF具有绕B点作顺时针转动趋势，第一限位部件13起限位的作用，即限制杆ABF与杆BC的夹角的增大趋势；

③当第一限位部件13起限位的作用，杆AFB与杆BC可视为一体，相对于杆CD具有绕C点作顺时针转动趋势，第二限位部件14起限位的作用，即限制杆BD与杆CD的夹角的增大趋势；

④当第一限位部件13、第二限位部件14起限位的作用，杆AFB、杆BC、及杆CD可视为一体，相对于杆DE具有绕D点作顺时针转动趋势，第三限位部件15起限位的作用，即限制杆CD与杆DE的夹角的增大趋势。

(2)当实现包络夹持物体时，夹持元件的机构简图如图7、图8所示。驱动部件18的输出端带动左右两夹持臂向夹持器对称中心平行移动，近端夹持杆4与中间夹持杆2或远端夹持杆1贴合被夹持物表面轮廓，如图7、图8所示，限位部件限制具有增加趋势的柔性铰链，以维持机构的稳定，实现稳定的包络夹持。

下面以图8右侧夹持臂为例，说明包络夹持的过程：

①右侧夹持臂受到驱动部件驱动，向左滑行；

②夹持臂未接触夹持物体时，由于初始状态FGH沿垂直方向，即夹杆沿y轴方向的分量最大；

③夹持臂继续向左移动，当夹持杆与夹持物体接触时，夹持杆会发生转动，点F必然向y轴的负方向移动，远端夹持杆1、中间夹持杆2和中间连接杆3整体会下压，从而形成包络的形状。

④由于BCDHGF为欠驱动机构，机构会自适应贴合物体的轮廓，直至所有自由度被夹持物体或限位部件限制为零，达到夹持稳态，包络夹持模式完成。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：包括两个夹持臂和驱动部件；两个所述夹持臂镜像对称设置并分别与驱动部件连接，驱动部件驱动两个夹持臂移动实现夹持或张开运动；

2.根据权利要求1所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述夹持杆包括远端夹持杆、中间夹持杆和近端夹持杆。

3.根据权利要求2所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述柔性铰链包括第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第四柔性铰链、第五柔性铰链和第六柔性铰链。

4.根据权利要求3所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述夹持杆为由柔性铰链连接的分段结构是指：所述夹持杆为由远端夹持杆、中间夹持杆和近端夹持杆分别通过第一柔性铰链和第三柔性铰链连接组成的分段结构式夹持杆；所述近端夹持杆通过第五柔性铰链与固定部连接。

5.根据权利要求4所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述连接杆包括中间连接杆和近端连接杆；所述连接杆为由柔性铰链连接的分段结构是指：连接杆为由中间连接杆和近端连接杆通过第四柔性铰链连接组成的分段结构式连接杆。

6.根据权利要求5所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述中间连接杆通过第二柔性铰链与远端夹持杆底部连接；所述近端连接杆通过第六柔性铰链与固定部连接。

7.根据权利要求6所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述限位部件包括与远端夹持杆连接的第一限位部件、与中间连接杆连接的第二限位部件和与近端连接杆连接的第三限位部件；所述第一限位部件位于连接杆的外侧并与第二柔性铰链相对设置；所述第二限位部件位于连接杆的外侧并与第四柔性铰链相对设置；所述第三限位部件位于连接杆的外侧并与第六柔性铰链相对设置。

8.根据权利要求7所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：还包括用于消除限位部件与连接杆之间间隙的第一套筒、第二套筒和第三套筒；所述第一套筒以过盈配合的方式套设第一限位部件的端部并与中间连接杆相抵；所述第二套筒以过盈配合的方式套设第二限位部件的端部并与近端连接杆相抵；所述第三套筒以过盈配合的方式套设第三限位部件的端部并与固定部相抵。

9.根据权利要求1所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述柔性铰链为圆型切槽柔性铰链。

10.根据权利要求1所述的平行驱动的柔顺欠驱动夹持器，其特征在于：所述驱动部件为双向平行驱动的动力装置；所述夹持臂为一体成型的软胶构件。