[發明專利]一種大范圍調控摩擦力的剛柔結合抓取器

有效

• 申請號: 202010553500.3
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111687870B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 楊丹;鄭靖;張浩坤;周仲榮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/10;B25J9/14
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 鐘玉巧

本發明公開了一種大范圍調控摩擦力的剛柔結合抓取器，包括主體板、連接在主體板上方的手柄、連接在主體板下方的三個抓取鏈，抓取鏈包括剛性基板、用于包覆在物體四周的柔性層、剛性小刺、氣囊通道、氣囊和氣泵，三個抓取鏈將主體板下方的待抓取物體四周包覆，以便于抓取，通過三個抓取鏈張開而對待抓取物體進行抓取，通過向氣囊通入氣體而將抓取鏈合攏，各個剛性基板逐漸轉動使得柔性層在待抓取物體的四周，抓取鏈的內側剛性小刺將待抓取物體的表面固定，從而完成抓取操作；該結構有效提高接觸界面負載能力，提高了界面摩擦力調控范圍，具有更多的變形自由度，更好地貼合物體表面并使各個接觸點協同作用，提供冗余負載以保證抓取工作的穩定性。

技術領域

本發明涉及抓取機械技術領域，具體而言，涉及一種大范圍調控摩擦力的剛柔結合抓取器。

背景技術

在表面粗糙的類球狀物體抓取作業過程中，柔性抓取器與物體接觸界面的摩擦調控能力不足導致界面滑脫和抓持欠穩定，是阻礙抓持性能提升和廣泛工業化應用的瓶頸。

現有的柔性抓取器普遍具有界面摩擦力低、貼附面積小、容易滑脫的問題。現有技術的柔性抓取器主要有氣動硅膠驅動和形狀記憶合金驅動兩種變形控制方式，使用氣動硅膠制造的柔性抓取器，通過在內部設計氣腔和在表面設計溝槽，使得在泵入高壓空氣時，因兩邊膨脹變形量不同，導致柔性單元向膨脹變形量較小的一側彎曲，反之如果抽氣的話，柔性單元會向收縮變形較大的一側彎曲。通過充氣和抽氣可分別實現柔性抓取器的抓取與釋放。使用形狀記憶合金制造的柔性抓取器，利用形狀記憶聚合物或金屬加熱和冷卻過程中其彈性模量的變化來改變抓取器手指結構的剛度，但由于低熔點金屬、形狀記憶聚合物、超彈性形狀記憶合金絲的彈性模量在溫度變化前后改變程度小，因此關節剛度變化范圍窄，響應速度慢。

此外，還有一些其他類型的抓取設計。例如，通過氣囊與物體大面積接觸產生的摩擦力，帶動物體向氣囊運動方向移動；或通過多個剛性單元首尾連接而成，使用風扇在末端產生負壓以保持鏈條與物體貼合等等。但是這些設計思路不夠成熟，難以應用于工業產品。

針對表面粗糙類球狀物體的抓取作業，現有抓持器缺點主要有以下幾點：

1、純剛性抓取器沒有變形能力，無法適應各種形狀的物體抓取，并且由于剛性單元多，控制系統十分復雜，導致裝置響應速度慢，容錯率低；

2、純柔性抓取器由于其材料天然的低剛度特性，導致抓取界面所能提供的摩擦力十分有限，無法適用于高載荷工況；

3、在剛性鉤爪式抓取器的剛性框架中適當加入一些柔性材料，在一定程度上提供了變形適應能力。但是從本質上，并不能規避控制系統復雜和變形能力差的缺點。此外，由于各個鉤爪之間缺乏協同作用，一旦個別鉤爪發生脫鉤則會導致整個界面滑脫。

4、目前的大多數抓取器由于控制復雜、作用點太少，很容易產生載荷集中，不利于高載荷工況抓取。即使有些抓取器在接觸界面作了一定的改進以提高界面摩擦力，長久作業也容易造成抓取器工作面磨損失效。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大范圍調控摩擦力的剛柔結合抓取器，其基于柔性約束的剛性末端抓取機制，使用軟體硅膠和氣囊提供柔性約束，采用剛性小刺有效提高接觸界面負載能力，在保留柔性抓持靈活性的基礎上，大幅提高了界面摩擦力調控范圍，有效擴展了柔性抓取器的工業應用。

本發明的實施例是這樣實現的：