[發(fā)明專利]一種多自由度變剛度柔性抓持裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811200094.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109176588B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚建濤;崔錦泉;柳春燁;周盼;李海利;陳新博;薦洪秀;趙永生;許允斗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J15/10
• 分類號(hào): B25J15/10;B25J9/10;B25J9/14
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 劉陽(yáng)

本發(fā)明公開(kāi)了一種多自由度變剛度柔性抓持裝置，包括：氣動(dòng)肌腱、通氣接頭、密封接頭、上圓盤、下圓盤、彈性柔繩、波紋管、橡膠底蓋以及氣管，所述氣動(dòng)肌腱包括橫向氣動(dòng)肌腱和縱向氣動(dòng)肌腱，其中橫向氣動(dòng)肌腱為螺旋式纏繞結(jié)構(gòu)，縱向氣動(dòng)肌腱為豎直安裝結(jié)構(gòu)，其中三根縱向氣動(dòng)肌腱豎直放置，一根橫向氣動(dòng)肌腱螺旋式纏繞在三根縱向氣動(dòng)肌腱外部，通過(guò)控制縱向氣動(dòng)肌腱的氣壓在空間內(nèi)任意方向進(jìn)行彎曲，通過(guò)控制橫向氣動(dòng)肌腱和縱向氣動(dòng)肌腱的氣壓調(diào)整剛度。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)空間內(nèi)任意方向彎曲，靈巧性更強(qiáng)。本發(fā)明大大簡(jiǎn)化變剛度的結(jié)構(gòu)以及控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同質(zhì)量的物體進(jìn)行抓取，在增大手指剛度的同時(shí)，提高抓持裝置的抓取力，增強(qiáng)了重量抓取能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種多自由度變剛度柔性抓持裝置。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人也越來(lái)越多地被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，其中機(jī)械抓持裝置作為人類現(xiàn)代自動(dòng)化工業(yè)的重要工具，就在食品運(yùn)輸配送、自動(dòng)化機(jī)械裝配、醫(yī)療護(hù)理、核能利用以及智能家居等多種領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)械抓持裝置均為剛性材料制成，通常機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積大，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，價(jià)格也十分昂貴。近年來(lái)，隨著柔性軟體技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展，使得軟體機(jī)器人得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。運(yùn)用軟體技術(shù)所生產(chǎn)制造的柔性抓持裝置，相較于傳統(tǒng)的剛性抓持裝置，其靈活性和柔順性好，并且具有很強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性和人機(jī)協(xié)作性，能夠在許多有人類無(wú)法適應(yīng)的惡劣環(huán)境下工作，因此在很多特殊場(chǎng)合能夠?qū)崿F(xiàn)剛性機(jī)械手爪所無(wú)法完成的功能。

專利CN201510377294.4公開(kāi)了一種氣動(dòng)的軟體抓持裝置，該裝置包括有氣動(dòng)軟體機(jī)械手、導(dǎo)氣支撐組件、導(dǎo)氣基座、蓋板和氣源分流器。專利CN201610515673.X公開(kāi)了一種雙通道軟體手指及軟體機(jī)器人，該雙通道軟體手指上設(shè)有手指末端、手指接頭、柔性關(guān)節(jié)、手指指板和柔性節(jié)肩。目前，柔性軟體抓持裝置普遍抓取力小，且不具備變剛度的特性。本發(fā)明提供了一種基于纏繞仿生理論的柔性變剛度手爪，具有柔性機(jī)器人的靈巧性、柔順性以及環(huán)境適應(yīng)性等一系列優(yōu)點(diǎn)。該裝置中的手指由縱向和橫向氣動(dòng)肌腱組成，具有變剛度特性，簡(jiǎn)化了柔性機(jī)器人變剛度的控制方法，使其控制程序更加簡(jiǎn)易。本發(fā)明由柔性材料制成，自適應(yīng)能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀物體的抓取，柔順性好，可防止抓取過(guò)程中對(duì)物體造成損傷，并且具有變剛度特性，可實(shí)現(xiàn)在抓取過(guò)程中抓取力的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同質(zhì)量物體的抓取。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種多自由度變剛度柔性抓持裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種多自由度變剛度柔性抓持裝置，其特征在于，包括：氣動(dòng)肌腱、通氣接頭、密封接頭、上圓盤、下圓盤、彈性柔繩、波紋管、橡膠底蓋以及氣管，其中，所述氣動(dòng)肌腱包括橫向氣動(dòng)肌腱和縱向氣動(dòng)肌腱，其中橫向氣動(dòng)肌腱為螺旋式纏繞結(jié)構(gòu)，縱向氣動(dòng)肌腱為豎直安裝結(jié)構(gòu)，其中三根縱向氣動(dòng)肌腱豎直放置，一根橫向氣動(dòng)肌腱螺旋式纏繞在三根縱向氣動(dòng)肌腱外部，通過(guò)控制縱向氣動(dòng)肌腱的氣壓在空間內(nèi)任意方向進(jìn)行彎曲，通過(guò)控制橫向氣動(dòng)肌腱的氣壓調(diào)整剛度；

橫向氣動(dòng)肌腱和縱向氣動(dòng)肌腱都為收縮型柔性驅(qū)動(dòng)器，其都由柔性段、通氣接頭和密封接頭組成，其中氣動(dòng)肌腱柔性段是通過(guò)彈性乳膠管外套上一層編織網(wǎng)形成的，柔性段的一端套在金屬材質(zhì)的通氣接頭上，柔性段的另一端套在金屬材質(zhì)的密封接頭上，通過(guò)鎖緊環(huán)分別將柔性段的兩端和兩個(gè)金屬接頭鎖緊，所述通氣接頭包括外螺紋部件和內(nèi)螺紋部件，中心均設(shè)有軸向通孔，外螺紋部件與所述氣動(dòng)肌腱柔性段一端相連，通過(guò)內(nèi)螺紋部件的端部接頭與氣管連接，所述密封接頭設(shè)置有帶有內(nèi)螺紋的密封件和螺母，密封件的一端與氣動(dòng)肌腱柔性段的另一端相連接，兩個(gè)接頭被套入柔性段內(nèi)的一端均設(shè)有凸棱用以防止氣動(dòng)肌腱柔性部段從接頭上分離，并且兩個(gè)金屬接頭軸向中部均設(shè)有一段光滑軸段及軸肩用以與上下圓盤的安裝孔固定。上圓盤周圍設(shè)有安裝固定板和波紋管的法蘭式結(jié)構(gòu)，下圓盤周圍設(shè)有安裝波紋管和橡膠蓋的法蘭式結(jié)構(gòu)；橡膠底蓋為半球形橡膠蓋，橡膠底蓋的上端面周圍設(shè)有法蘭式結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓與下圓盤固定連接；氣管的一端與通氣接頭相連，另一端與氣動(dòng)控制系統(tǒng)連接作為氣動(dòng)肌腱的充放氣通道。