[發明專利]柔順性氣動繩牽引彎曲板彈簧骨架被動抓持器

有效

• 申請號: 201210169834.6
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號: CN102689309A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 章軍;劉光元;朱飛成;王芳;呂兵
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J15/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種由氣缸驅動繩牽引的、彎曲板彈簧骨架的柔順性被動抓持器，抓持器安裝了二個以彎曲板彈簧為骨架的手指，靠彎曲板彈簧的彈性回復力被動地抓取物體；二個手指由一個氣缸驅動，經過五鉸鏈斜排雙曲肘增力機構放大氣缸的作用力，驅動每根手指上的牽引繩和作用于彎曲板彈簧，使被動抓持器張開。該抓持器具有很好的柔性，能無反饋地抓取形狀、大小變化的物體，屬于機器人、機電一體化的應用技術領域。

背景技術：

隨著自動化程度的不斷提高，抓持器的用途越來越廣泛，抓持要求也越來越高。就復雜對象：(a)易變形的軟性物體(面包、軟包裝物品)；(b)易破碎的脆性物體(禽蛋)；(c)形狀不規則的、尺寸差別大的物體(瓜果蔬菜)；(d)異形的物體(酒瓶、化妝品瓶)。工業機械手為夾鉗式或平行移動式結構，只能抓取形狀大小一致、不會破損的剛性工件。機電的仿人機械手，需感知復雜對象的形狀、位置空間，需精確控制運動和抓取力，否則會損壞這些復雜對象或不能有效抓取，在抓取形狀、大小變化的異形物體時，傳統的剛性抓持器需要精確控制指關節位移和抓持力，否則會對抓持對象造成損傷。因成本和使用環境的限制，精確控制抓持器很難在農業、輕工業等行業廣泛應用。因此對復雜抓取對象，具有一定自適應的柔順性抓持器越來越受關注。

傳統剛性機構是由運動副連接的剛性桿件組成的，進行運動、力或能量傳遞或轉換的機械裝置。柔順機構(Compliant?Mechanisms)也能傳遞或轉換運動、力或能量，但與剛性機構不同，柔順機構不僅由運動副傳遞運動，還至少從其柔性部件的變形中獲得一部分運動。柔順機構的兩大優越性：降低成本(減少零件數目、減少裝配、簡化制造、減輕質量)和提高性能(提高精度、增加可靠性、減少磨損、減少維護)。柔順機構的系統研究才剛剛走完20年的歷程，很多理論及方法還不完善，其最大的挑戰是分析和設計方面的困難，尤其是柔性部件大變形造成的幾何非線性問題。

抓持器的柔順性主要取決于驅動部件和關節骨架，板彈簧作為一種同時具有力緩沖性和自由度柔性的零件，能很好的滿足柔順性抓持器的要求。專利CN200410065130.X和專利CN200420025274.8提出了以一種軸向膨脹人工肌肉作為驅動器的板彈簧骨架柔性關節，該關節通過膨脹肌肉伸長克服板彈簧阻力實現彎曲，可作為主動抓持器的手指部件，也具有一定的柔性自適應性。但是波紋管耐壓有限，驅動力較小，使得板彈簧剛度不夠大，被動抓取的物體重量有限。

發明內容：

本發明針對上述不足，提出一種柔順性氣動繩牽引彎曲板彈簧骨架被動抓持器。板彈簧骨架具有很好的柔性和很好的自適應性，可用來抓取形狀、大小變化較大的物體，且抓持器對控制精度要求不高；氣缸驅動通過注射機上常用的五鉸鏈斜排雙曲肘增力機構放大后，牽引繩的張緊力大大增加，與波紋管人工肌肉相比可提供更大的驅動力，提高了抓取作用力，適用范圍更加廣泛；同時，兩手指的二個牽引繩由一個氣缸驅動，不但節約了成本、還減少了控制對象，簡化了控制回路。

本發明的主要解決方案是這樣實現的：

如附圖1、2、3、4、5所示，本發明抓持器有一個氣缸驅動五鉸鏈斜排雙曲肘增力機構部件和兩個彎曲板彈簧骨架手指部件組成，彎曲板彈簧骨架手指部件通過手指尾節15固定在氣缸驅動五鉸鏈斜排雙曲肘增力機構部件的上板2上，彎曲板彈簧骨架手指部件的牽引繩20的一端被固定在氣缸驅動五鉸鏈斜排雙曲肘增力機構部件的牽引繩固定座6上。

氣缸驅動五鉸鏈斜排雙曲肘增力機構部件：雙作用氣缸1的法蘭盤通過螺栓固定在上板2上，上板2與下板7通過導柱3連接，上板2與下板7之間的滑動板5通過導套4在導柱3的導向下上下移動，導套4靠過盈配合固定在滑動壓板5上，滑動板5上左右各裝一個牽引繩固定座6；下板7上開孔，用于將此抓持器定位和固定在機械臂上；五鉸鏈斜排雙曲肘增力機構中，兩個前支座8分別固定在滑動板5上，前支座8與前肘桿10的下端通過圓柱銷9連接，前肘桿10的上端與后肘桿11的左下端(如附圖4所示)通過圓柱銷9連接，后肘桿11的上端與連桿13通過圓柱銷9連接，后肘桿11的右下端與后支座14通過圓柱銷9連接，左右各一個后支座14固定在上板2上；十字頭12的左右兩端分別與兩個連桿13通過圓柱銷9連接，雙作用氣缸1的活塞桿的螺紋部分旋在十字頭12對稱中部的螺紋孔里。