[實用新型]彈性波紋管單作用氣缸驅動串聯柔性鉸鏈骨架機械手

有效

• 申請號: 201520304980.4
• 申請日: 2015-05-12
• 公開（公告）號: CN204725498U
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 章軍;范晨陽;章佳平;陸利峰;呂兵
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本實用新型涉及彈性波紋管單作用氣缸驅動串聯柔性鉸鏈骨架機械手，此機械手由一個手掌和二個柔性手指，或一個手掌和三個柔性手指組成；每個柔性手指結構相同，主要由一個彈性波紋管單作用氣缸和一個串聯柔性鉸鏈組成；串聯柔性鉸鏈的構型根據被抓取對象的特點而設計的；機械手靠彈性波紋管單作用氣缸驅動產生抓持力。此機械手應用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的異形物體的抓持，屬于機器人、機電一體化的應用技術領域；與機器人本體聯接，尤其適用于食品、農產品、輕工產品的抓取、分揀和包裝等生產和物流領域。

背景技術：

針對輕工和食品行業的大規模生產狀況，為滿足形狀復雜、物性多樣的原材料、半成品、成品的物流和包裝的需要，為解決簡單勞動的用工成本高、勞動條件差等問題，需要物流抓取機械手。就抓取的復雜對象的種類：①易變形的軟性物體(面包、軟包裝物品)；②易碎的脆性物體(禽蛋、玻璃陶瓷制品)；③形狀不規則的、大小差別大的物體(瓜果、蔬菜)；④異形的、位置狀態混亂且難理順的物體(酒瓶、化妝品瓶)；從上可見，復雜對象的材料性質、形狀尺寸及位置狀態的差別較大。傳統工業機械手為夾鉗式或平行移動式結構，只能抓取形狀大小相同、位置狀態一致、不會破損的剛性工件。仿人靈巧手需要感知復雜對象的空間位置和形狀，需要精確控制運動和抓取力，否則會損壞復雜對象或不能可靠抓取，但目前仿人靈巧手尚處在實驗室研究階段，且成本高、對使用環境要求高。

本實用新型彈性波紋管單作用氣缸驅動串聯柔性鉸鏈骨架機械手的特點是：對外載荷具有良好的柔性自由度和緩沖性能，因此抓取復雜對象時，柔性自適應性好；同時，由于沒有氣缸活塞和活塞桿上橡膠密封的摩擦力，彈性波紋管單作用氣缸運行平穩、反應靈敏。

本實用新型機械手的關鍵部件是柔性手指，亦稱為柔性關節。本實用新型之前，專利(一種多關節柔性機械手，200810023616.5)提出了一種橡膠波紋管膨脹加載式氣動人工肌肉驅動器驅動的、柔性鉸鏈骨架的柔性彎曲關節，其缺點是：①結構上沒有徑向力放大作用，在人工肌肉驅動下隨著柔性鉸鏈的角位移越大，角位移的單位增量所需的人工肌肉內腔的壓強增量越大，柔性鉸鏈越難彎曲，亦即柔性手指串聯柔性鉸鏈的二個角位移-氣壓的曲線斜率均越來越小；②驅動力作用于柔性鉸鏈骨架的位置不能調節，抓取物體的通用性不夠好。專利申請(柔順機構的氣動串聯柔性鉸鏈多指手爪，201310123063.1)是一種采用氣缸驅動的機械手，其缺點是：①由于存在氣缸活塞和活塞桿上橡膠密封的這兩個滑動摩擦力，其動、靜摩擦系數相差較大，且滑動摩擦力大小還與活塞桿的受力狀況相關，摩擦力變化大，因此三個手指氣缸活塞運動的同步性控制較復雜，位置伺服控制難度大；②機械手柔性手指是垂直安裝，僅僅適用于“指尖接觸”的捏取抓取方式，不能采用“手指和手掌多處接觸”的包絡抓取方式，應用范圍較小。

發明內容：

本實用新型克服了上述不足，本實用新型機械手有二個柔性手指或三個柔性手指，每個柔性手指結構相同。原理上柔性手指為四鉸鏈的五桿機構，五桿分別是：驅動桿(彈性波紋管單作用氣缸8)、串聯柔性鉸鏈4形成的三個柔性鉸鏈桿(串聯柔性鉸鏈4的上柔性鉸鏈桿和彎板3的組合、中柔性鉸鏈桿、下柔性鉸鏈桿和鉸鏈座6的組合)、二力桿7；四鉸鏈分別是：串聯柔性鉸鏈4的二個柔性鉸鏈、二力桿7兩端的二個鉸鏈。

本實用新型的主要解決方案是這樣實現的：

本實用新型機械手的一種結構如附圖1、2所示，由二個相同的柔性手指和一個手掌盤1組成，二個相同的柔性手指左右對稱地安裝在手掌盤1的導向槽中，靠手掌盤1上的中心孔定位中心距。柔性手指由指根2、彎板3、串聯柔性鉸鏈4、壓板5、鉸鏈座6、二力桿7、彈性波紋管單作用氣缸8組成。本實用新型機械手的特征是：指根2在手掌盤1的導向槽中導向，螺釘穿過指根2上的腰形槽，將指根2固定在手掌盤1上，指根2上的腰形槽可以調節柔性手指的中心距，螺釘將串聯柔性鉸鏈4的上柔性鉸鏈桿夾緊在彎板3和指根2之間，初始狀態時串聯柔性鉸鏈4呈平直狀態；壓板5上有四個螺釘的螺紋孔，用四個螺釘穿過鉸鏈座6將串聯柔性鉸鏈4的下柔性鉸鏈桿夾緊固定在壓板5上，串聯柔性鉸鏈4的下柔性鉸鏈桿上沒有孔，便于調節鉸鏈座6在串聯柔性鉸鏈4的下柔性鉸鏈桿上的安裝位置，串聯柔性鉸鏈4的下柔性鉸鏈桿最下端是曲面；二力桿7的兩端均為鉸鏈，分別與鉸鏈座6和彈性波紋管單作用氣缸8上的鉸鏈支座11a形成鉸鏈聯結。