專利名稱：帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手，機(jī)械手有二個(gè)或多個(gè) 柔性手指構(gòu)成。每個(gè)柔性手指上均有一個(gè)氣缸、單根牽引繩和一個(gè)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度的 三活頁串聯(lián)鉸鏈組成。僅靠套在三活頁串聯(lián)鉸鏈的兩個(gè)鉸鏈芯軸上扭彈簧作用，產(chǎn)生和保 持抓取力，以抓持物體；靠氣缸動力、繩牽引作用，三活頁串聯(lián)鉸鏈伸直到初始位置，松開被 抓持物體。此柔性機(jī)械手是主動驅(qū)動松開、扭彈簧作用而被動地抓持的機(jī)械手，可應(yīng)用于易 碎的脆性物體、和形狀、大小變化的異形物體的抓持，屬于機(jī)器人、機(jī)電一體化的應(yīng)用技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
抓取機(jī)械手應(yīng)用于易碎的脆性物體(如禽蛋、瓷器)和形狀、大小變化的異形物體 (如瓜果、化妝品瓶子等)時(shí)，需要精確控制指關(guān)節(jié)位移和抓取力，否則會損壞這些類物品， 但因?yàn)槌杀竞褪褂铆h(huán)境的限制，精確控制機(jī)械手難以在農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。為克 服精確控制要求和制造成本等之間的矛盾，現(xiàn)有的機(jī)械手也有采用柔性的結(jié)構(gòu)桿件，依靠 結(jié)構(gòu)桿件的彈性變形實(shí)現(xiàn)自由度的柔性和抓取力的緩沖性；但結(jié)構(gòu)桿件的彈性變形是非線 性的大撓度變形，也難以實(shí)時(shí)地、精確地計(jì)算與控制。本發(fā)明克服了現(xiàn)有機(jī)械手實(shí)時(shí)的精確控制與制造成本高的矛盾、受使用環(huán)境的限 制的缺陷，根據(jù)被抓物體的結(jié)構(gòu)與尺寸、及其變化情況，在柔性機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化 后，確定結(jié)構(gòu)尺寸、扭彈簧的剛性與預(yù)緊角度，利用兩個(gè)鉸鏈芯軸上套有扭彈簧的三活頁串 聯(lián)鉸鏈的柔性作用，而不是依靠結(jié)構(gòu)桿件的彈性變形，實(shí)現(xiàn)對物體形狀、大小和抓取力的柔 性自適應(yīng)，可采用簡單的時(shí)間控制或壓力控制，以簡化機(jī)械手結(jié)構(gòu)和降低控制部分的成本， 更好地應(yīng)用于瓜果等的采摘、異形物體的抓取和分揀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手，機(jī)械手有二個(gè)或多個(gè) 柔性手指構(gòu)成，柔性手指安裝在厚度可換式機(jī)械手底座18的左右兩側(cè)。柔性手指的結(jié)構(gòu)完 全相同，主要有一個(gè)氣缸16、單根牽引繩10、一個(gè)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度的三活頁串聯(lián)鉸鏈7 和二個(gè)剛度不同的扭彈簧9組成?？刻自谌铐摯?lián)鉸鏈的兩個(gè)鉸鏈芯軸上扭彈簧作用， 產(chǎn)生和保持抓取力、以抓持物體；靠氣缸動力、繩牽引作用，松開被抓取物體。本發(fā)明所提到 的阻尼是安裝在氣缸活塞桿上的阻尼彈簧，作用是減緩抓取運(yùn)動時(shí)的手指速度，以減少對 被抓物體的沖擊。為滿足適應(yīng)性廣的要求，根據(jù)被抓物體，柔性機(jī)械手在結(jié)構(gòu)尺寸上可調(diào)整(1)厚 度可換式機(jī)械手底座18的左右間的厚度尺寸m ； (2)小鉸鏈支座2在導(dǎo)槽座1的導(dǎo)槽中調(diào) 整后的力矩尺寸η ;C3)三活頁串聯(lián)鉸鏈7最下部的活頁板與可調(diào)鉸鏈支座14的調(diào)整角度、 并被可調(diào)鉸鏈鎖緊螺母13鎖緊后保持的固定夾角θ。本發(fā)明的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
如附圖1、2、3、4、5所示，三活頁串聯(lián)鉸鏈7是柔性手指的骨架與關(guān)節(jié)，它由三個(gè)活 頁板、二個(gè)三活頁串聯(lián)鉸鏈芯軸8組成，緩沖橡膠6粘貼在三活頁串聯(lián)鉸鏈7的三個(gè)活頁板 上；三活頁串聯(lián)鉸鏈芯軸8上裝有剛度不同的扭彈簧9，扭彈簧9的扭矩均作用在抓取物方 向、產(chǎn)生抓持力，牽引繩10牽引克服扭彈簧9扭矩、使三活頁串聯(lián)鉸鏈7反向轉(zhuǎn)動，松開抓 取物；三活頁串聯(lián)鉸鏈7最下部活頁板的端部卷成圓孔，與可調(diào)鉸鏈芯軸12、可調(diào)鉸鏈支座 14構(gòu)成可調(diào)鉸鏈，調(diào)整好角度后用可調(diào)鉸鏈芯軸12上的可調(diào)鉸鏈鎖緊螺母13鎖緊，可調(diào)鉸 鏈支座14固定在底板17上；導(dǎo)槽座1、導(dǎo)輪支架4、導(dǎo)輪座11均安裝在三活頁串聯(lián)鉸鏈7 的活頁上，牽引繩10的一端固定在小鉸鏈3上，小鉸鏈3的小鉸鏈支座2的導(dǎo)向部分在導(dǎo) 槽座1的T形導(dǎo)槽中定向，小鉸鏈支座2位置調(diào)整好后用內(nèi)六角螺釘固定在導(dǎo)槽座1上；經(jīng) 過安裝在兩個(gè)導(dǎo)輪支架4上的導(dǎo)輪5和安裝導(dǎo)輪座11上導(dǎo)輪5導(dǎo)向，牽引繩10的另一端 被固定在牽引繩固定螺母15上；牽引繩固定螺母15安裝在氣缸16的活塞桿的螺紋上，氣 缸16固定在底板17上；由上述零件構(gòu)成了一個(gè)柔性手指部件。如附圖1示，左右各一個(gè)柔性手指對稱地安裝在厚度可換式機(jī)械手底座18的左 右兩側(cè)，第二種安裝方式左右各兩個(gè)柔性手指并排、對稱地安裝在厚度可換式機(jī)械手底座 18的左右兩側(cè)，第二種安裝方式左邊兩個(gè)柔性手指、右邊一個(gè)柔性手指且安裝在左邊兩 個(gè)柔性手指對應(yīng)右側(cè)的中間部位。如附圖6所示，本發(fā)明單繩牽引多關(guān)節(jié)柔性機(jī)械手的柔性手指可以單獨(dú)配有、也 可兩兩共用一個(gè)、也可全部共用一個(gè)氣動部分，這個(gè)氣動部分有二位四通閥19、氣缸20、安 裝在氣缸20的活塞桿上的阻尼彈簧21、可調(diào)節(jié)流閥22、消聲器23、二位通斷閥M組成。壓 縮空氣從二位四通閥19上部一 口進(jìn)入，二位四通閥19上部的另一口與可調(diào)節(jié)流閥22的入 口相連，可調(diào)節(jié)流閥22的出口與消聲器23相連，二位通斷閥M與可調(diào)節(jié)流閥22并聯(lián)連接， 二位四通閥19下部兩口分別接氣缸20的兩端，阻尼彈簧21安裝在氣缸20的活塞桿上。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)帶扭彈簧的、兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度的三活頁串聯(lián)鉸鏈的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)自由度的柔性 和抓取力的緩沖性，因此，柔性手指具有自由度柔性和作用力緩沖性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對物體形 狀、大小和抓取力的柔性自適應(yīng)；(2)每個(gè)柔性手指均有一個(gè)氣缸、單根牽引繩和一個(gè)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度的三活 頁串聯(lián)鉸鏈組成，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修方便，使用環(huán)境要求低；(3)根據(jù)被抓物體，結(jié)構(gòu)尺寸上可調(diào)整厚度尺寸m、力矩尺寸η和固定夾角θ，以適 應(yīng)不同尺寸、形狀的物體，適應(yīng)性廣、通用性好；(4)采用時(shí)間控制或壓力控制，大大降低了控制部分的成本；(5)氣動系統(tǒng)使運(yùn)動迅速，從而動作敏捷，生產(chǎn)效率高。


圖1為帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手的主視2為帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手主視圖的A-A剖局部放大3為帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手主視圖的B-B剖局部放大4為帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手主視圖的C向局部放大5為帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手主視圖的D處局部放大圖
圖6為帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手的氣動原理圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手由導(dǎo)槽座1、小鉸鏈支座2、 小鉸鏈3、導(dǎo)輪支架4、導(dǎo)輪5、緩沖橡膠6、三活頁串聯(lián)鉸鏈7、三活頁串聯(lián)鉸鏈芯軸8、扭彈 簧9、牽引繩10、導(dǎo)輪座11、可調(diào)鉸鏈芯軸12、可調(diào)鉸鏈鎖緊螺母13、可調(diào)鉸鏈支座14、牽引 繩固定螺母15、氣缸16、底板17、厚度可換式機(jī)械手底座18構(gòu)成。本發(fā)明帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手的氣動部分由二位四通閥 19、氣缸20、阻尼彈簧21、可調(diào)節(jié)流閥22、消聲器23、二位通斷閥M組成。下面為本發(fā)明的工作原理及工作過程為滿足適應(yīng)性廣的要求，根據(jù)被抓物體，柔性機(jī)械手在結(jié)構(gòu)尺寸上可調(diào)整(1)厚 度可換式機(jī)械手底座18的左右間的厚度尺寸m ； (2)小鉸鏈支座2在導(dǎo)槽座1的導(dǎo)槽中調(diào) 整后的力矩尺寸η ;C3)三活頁串聯(lián)鉸鏈7最下部的活頁板與可調(diào)鉸鏈支座14的調(diào)整角度、 并被可調(diào)鉸鏈鎖緊螺母13鎖緊后保持的固定夾角θ。抓取物體時(shí)，電磁鐵IDT失電，電磁鐵2DT失電，壓縮空氣通過二位四通閥19的右 位進(jìn)入氣缸20活塞的下部，克服阻尼彈簧21的作用，使活塞桿快速上移，氣缸20活塞上部 氣體通過二位四通閥19的右位和二位通斷閥M左位，經(jīng)過消聲器23后直接排出；活塞上 移一段距離后，電磁鐵2DT延時(shí)得電(上移距離和延時(shí)時(shí)間需要試驗(yàn)確定)，上部氣體通過 二位通斷閥M到右位，還通過可調(diào)節(jié)流閥22的阻尼孔后(開口大小需要試驗(yàn)確定)，再經(jīng) 消聲器23后排出；由于阻尼彈簧21和可調(diào)節(jié)流閥22的共同作用，手指接近被抓物體時(shí)，活 塞桿上移速度大大減慢，對抓取物的沖擊較小。抓持物體時(shí)，活塞桿上已到終點(diǎn)，牽引繩10無作用力，僅靠套在三活頁串聯(lián)鉸鏈7 的兩個(gè)鉸鏈芯軸上扭彈簧9作用，產(chǎn)生和保持抓取力，以抓持物體。松開物體時(shí)，電磁鐵IDT得電，電磁鐵2DT失電，壓縮空氣通過二位四通閥19的左 位直接進(jìn)入氣缸20活塞的上部，使活塞桿快速下移，氣缸20活塞下部氣體通過二位四通閥 19的左位和二位通斷閥M左位，直接經(jīng)消聲器23后排出。靠氣缸動力、牽引繩10作用力，三活頁串聯(lián)鉸鏈的活頁板反向運(yùn)動，松開被抓取 物體，并回到初始位置。三活頁串聯(lián)鉸鏈的初始位置不是三活頁串聯(lián)鉸鏈的伸直狀態(tài)，而是 滿足抓取要求空間的位置，這樣可減少抓取運(yùn)動時(shí)間。從上所見，此柔性機(jī)械手是一種主動驅(qū)動松開、扭彈簧作用而被動抓持的機(jī)械手。
權(quán)利要求
1.帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手，其特征是左右各一個(gè)柔性手指對 稱地安裝在厚度可換式機(jī)械手底座(18)的左右兩側(cè)，和左右各兩個(gè)柔性手指并排、對稱地 安裝在厚度可換式機(jī)械手底座(18)的左右兩側(cè)，還有厚度可換式機(jī)械手底座(18)的左邊 兩個(gè)柔性手指、右邊一個(gè)柔性手指且安裝在左邊兩個(gè)柔性手指對應(yīng)右側(cè)的中間部位，共三 種安裝方式；柔性手指的結(jié)構(gòu)完全相同，主要有一個(gè)氣缸(16)、單根牽引繩(10)、一個(gè)具有 兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度的三活頁串聯(lián)鉸鏈(7)和二個(gè)剛度不同的扭彈簧(9)組成；柔性手指可以 單獨(dú)配有、和兩兩共用一個(gè)、和全部共用一個(gè)氣動部分，共三種形式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性手指，其特征是三活頁串聯(lián)鉸鏈(7)是柔性手指的骨 架與關(guān)節(jié)，它由三個(gè)活頁板、二個(gè)三活頁串聯(lián)鉸鏈芯軸(8)組成，緩沖橡膠(6)粘貼在三活 頁串聯(lián)鉸鏈(7)的三個(gè)活頁板上；三活頁串聯(lián)鉸鏈芯軸(8)上裝有剛度不同的扭彈簧(9)， 扭彈簧(9)的扭矩均作用在抓取物方向、產(chǎn)生抓持力，牽引繩(10)牽引克服扭彈簧(9)扭 矩、使三活頁串聯(lián)鉸鏈⑵反向轉(zhuǎn)動，松開抓取物；三活頁串聯(lián)鉸鏈(7)最下部活頁板的端 部卷成圓孔，與可調(diào)鉸鏈芯軸(12)、可調(diào)鉸鏈支座(14)構(gòu)成可調(diào)鉸鏈，調(diào)整好角度后用可 調(diào)鉸鏈芯軸(1 上的可調(diào)鉸鏈鎖緊螺母(1 鎖緊，可調(diào)鉸鏈支座(14)固定在底板(17) 上；導(dǎo)槽座(1)、導(dǎo)輪支架G)、導(dǎo)輪座(11)均安裝在三活頁串聯(lián)鉸鏈(7)的活頁上，牽引繩 (10)的一端固定在小鉸鏈(3)上，小鉸鏈(3)的小鉸鏈支座O)的導(dǎo)向部分在導(dǎo)槽座(1) 的T形導(dǎo)槽中定向，小鉸鏈支座( 位置調(diào)整好后用內(nèi)六角螺釘固定在導(dǎo)槽座(1)上；經(jīng)過 安裝在兩個(gè)導(dǎo)輪支架⑷上的導(dǎo)輪(5)和安裝導(dǎo)輪座(11)上導(dǎo)輪(5)導(dǎo)向，牽引繩(10) 的另一端被固定在牽引繩固定螺母(1 上；牽引繩固定螺母(1 安裝在氣缸(16)的活塞 桿的螺紋上，氣缸(16)固定在底板(17)上；由上述零件構(gòu)成了一個(gè)柔性手指部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動部分，其特征是壓縮空氣從二位四通閥(19)上部一口 進(jìn)入，二位四通閥(19)上部的另一口與可調(diào)節(jié)流閥02)的入口相連，可調(diào)節(jié)流閥02)的 出口與消聲器(23)相連，二位通斷閥04)與可調(diào)節(jié)流閥02)并聯(lián)連接，二位四通閥(19) 下部的兩口分別接氣缸OO)的兩端，阻尼彈簧安裝在氣缸OO)的活塞桿上。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶阻尼的氣動式單繩牽引多關(guān)節(jié)的柔性機(jī)械手，機(jī)械手有二個(gè)或多個(gè)柔性手指構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，使用環(huán)境要求低。每個(gè)柔性手指上均有一個(gè)氣缸、單根牽引繩和一個(gè)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度的三活頁串聯(lián)鉸鏈組成。僅靠套在三活頁串聯(lián)鉸鏈的兩個(gè)鉸鏈芯軸上扭彈簧作用，產(chǎn)生和保持抓取力，以抓持物體；靠氣缸動力、繩牽引作用，三活頁串聯(lián)鉸鏈伸直到初始位置，松開被抓持物體。此機(jī)械手是主動驅(qū)動松開、扭彈簧作用而被動地抓持的機(jī)械手，且具有自由度柔性和作用力緩沖性的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)對物體形狀、大小和抓取力的柔性自適應(yīng)，可應(yīng)用于易碎的脆性物體、和形狀、大小變化的異形物體的抓持，屬于機(jī)器人、機(jī)電一體化的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號B25J15/12GK102092046SQ20101057989
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者呂兵, 章軍 申請人:江南大學(xué)