負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置的制造方法
【專利摘要】負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、多個滑動推桿、彈性薄膜、彈性薄膜管、拉膜件、驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)、流體驅(qū)動源、第一流體、第二流體和多個簧件。該裝置用于機(jī)器人抓取物體，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)抓取功能。當(dāng)裝置接觸物體時，利用多個滑動推桿的自由上下滑動達(dá)到包裹不同大小和形狀物體的自適應(yīng)效果；利用第二流體充入彈性薄膜管鎖緊滑動推桿，再利用第一流體排出帶來彈性薄膜收縮，拉動多個滑動推桿末端向中心彎曲聚攏，多點(diǎn)多向施加抓持力，利用拉膜件拉動彈性薄膜使彈性薄膜變形，借助產(chǎn)生的局部低壓區(qū)域進(jìn)一步依靠大氣壓進(jìn)行抓取，可實(shí)現(xiàn)對物體的穩(wěn)定抓持。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，適用范圍廣。
【專利說明】
負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人手在機(jī)器人領(lǐng)域中有廣泛的用途，用于將機(jī)器人與物體臨時的連接和固定起來，并能夠在適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行釋放，前者實(shí)現(xiàn)了抓取物體，后者實(shí)現(xiàn)了放開物體。一般的機(jī)器人手為了降低成本被制作成具有兩個相對運(yùn)動的部分，以便于最簡單的實(shí)現(xiàn)抓取和釋放功能。也有許多模仿人手的結(jié)構(gòu)，設(shè)計為具有更多的手指和手指上具有若干關(guān)節(jié)，但是那樣會帶來機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和控制算法的復(fù)雜度和高昂的成本。部分機(jī)器人手具有適應(yīng)性，即在抓取前并未知曉要抓取的物體是何種形狀與大小，在抓取中也未對抓取的物體進(jìn)行傳感檢測，但是卻可以自適應(yīng)地抓取，這種對于物體形狀、大小的自動適應(yīng)性能使得機(jī)器人手在實(shí)現(xiàn)更為廣泛抓取不同物體的同時并不增加傳感與控制需求。
[0003]Peter B.Scott在文獻(xiàn)(Peter B.Scott，“The，Omnigripper，: a form of robotuniversal gripper”，Robotica，vol.3:pp 153-158，1985)中介紹了一種機(jī)械被動式適應(yīng)物體形狀的通用夾持器Omnigripper。該夾持器具有兩組桿簇集合，每組桿簇集合有多個相互平行的長桿，這些由待抓物體推動而自由上下滑動的長桿達(dá)到了適應(yīng)物體形狀的目的，再結(jié)合驅(qū)動器驅(qū)動兩組桿簇靠攏或離開，實(shí)現(xiàn)對物體的抓持。舉例來說，當(dāng)機(jī)器人的末端靠向放置在某個支持面(如桌面)上的物體時，物體擠壓長桿使其向基座內(nèi)滑動，由于長桿數(shù)量較多，且長桿較細(xì)(直徑較小)，不同的長桿接觸到不同的物體表面點(diǎn)，各長桿向手掌內(nèi)的滑動距離不同，這種距離與物體的局部形狀有關(guān);之后，一左一右的兩組桿簇集合再合攏夾持住物體，利用長桿從側(cè)面夾持住物體，達(dá)到抓取目的。
[0004]該裝置的不足之處在于:
[0005](I)無法做到多向抓持。該裝置對目標(biāo)物體施加抓取力時，該抓取力只能沿著兩組桿簇集合合攏的方向，相當(dāng)于二指夾持器，產(chǎn)生的僅僅是一維夾持模式，夾持效果差。
[0006](2)對于特定方向放置的長條狀物體抓持失效。當(dāng)目標(biāo)物體與該方向平行且目標(biāo)物體在該方向上長于該裝置，則目標(biāo)物體不會因兩組伸縮桿合攏而受到抓持力，如抓取一個長條狀的物體。
[0007](3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗大。該裝置有2組桿簇集合，需要2個相互運(yùn)動的可運(yùn)動支承件(或運(yùn)動基座)、一套直線導(dǎo)軌、2個滑塊、驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)等，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且要讓一個具有許多長桿的笨重桿簇集合運(yùn)動是比較耗能的。
[0008](4)長期使用的可靠性差。所有長桿及滑槽均暴露在工作環(huán)境中，在充滿粉塵、飛絮的工廠車間環(huán)境中，長桿之間易夾入小的異物，滑槽中會因?yàn)榉e滿塵絮纖維而無法滑動，各種影響和減小使用壽命的因素很多，在多粉塵的食品、紡織、礦業(yè)開采等工廠車間中，塵土吸附集聚在長桿及滑槽中，大大影響長桿在基座中滑動效果，甚至產(chǎn)生故障。
[0009](5)抓持穩(wěn)定性有待提高。該裝置對目標(biāo)物體的抓持力僅由兩組桿簇集合合攏而產(chǎn)生，僅能采用抓持力的力封閉抓取物體，而缺少較好的包絡(luò)式形封閉抓取效果，因?yàn)?，力封閉抓取物體未必一定會產(chǎn)生形封閉抓取，但是形封閉抓取一定包括了力封閉抓取，因此抓取穩(wěn)定性已達(dá)到形封閉為最好。
[0010]Eric Brown等人在文南犬(Eric Brown,Nicholas Rodenberga,John Amendb,AnnanMozeikac1Erik Steltzc,Mitchell R.Zakind1Hod Lipsonb,HeinrichM.Jaegera.Universal robotic gripper based on the jamming of granularmaterial.Proceedings of the Nat1nal Academy of Sciences of the United Statesof America(PNAS),vol.107,n0.44:18809-18814,do1:10.1073/pnas.1003250107,Sept.17,2010)中介紹了一種基于顆粒阻塞固化原理的通用機(jī)器人手。該機(jī)器人手包括可變形的彈性薄膜、一個端口、濾網(wǎng)、放置在膜皮內(nèi)流體(如氣體)和大量顆粒材料(如咖啡顆粒)和流體源(例如栗或可排空容器)。
[0011]該裝置的工作原理為:膜皮中的顆?？稍谀て?nèi)自由運(yùn)動，當(dāng)機(jī)器人的末端靠向放置在某個支持面的物體時，物體可以擠壓膜皮，使膜皮內(nèi)的顆粒受到擠壓而運(yùn)動，不同顆粒在膜皮內(nèi)的運(yùn)動程度不同，這種運(yùn)動程度與物體的形狀有關(guān)，達(dá)到自適應(yīng)物體形狀的效果。之后，膜皮內(nèi)的流體被吸走，顆粒由于濾網(wǎng)的存在留在膜皮內(nèi)，顆粒由于相互擠壓摩擦產(chǎn)生阻塞固化效果，利用固化的顆粒群體隔著膜皮對物體產(chǎn)生接觸點(diǎn)，造成多指多點(diǎn)接觸抓取的效果，此外局部可能產(chǎn)生密封的低壓區(qū)域以獲得大氣壓力輔助抓取效果。
[0012]該裝置的不足之處在于:
[0013](I)該裝置采用大量的顆粒材料，顆粒材料的磨損會較大地減弱該裝置的使用壽命;
[0014](2)該裝置在抓取不同的物體時需要調(diào)節(jié)裝置內(nèi)顆粒的多少以更好地抓取不同的物體，極大地減小了其通用性；
[0015](3)該裝置需要將膜皮內(nèi)的流體幾乎全部抽吸走，能耗大，流體源(如栗)成本高，可排空容器體積大或可排空容器的壓力大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置。該裝置用于抓取物體，對物體大小和形狀具有自適應(yīng)性;達(dá)到對物體的多向抓持效果:能夠在多個方向?qū)ξ矬w提供抓持力，對不同方向放置的各種形狀物體均可有效抓持;適合在較多粉塵和飛絮等惡劣工作環(huán)境中使用，長期使用的可靠性好;結(jié)構(gòu)簡單，抓持穩(wěn)定性尚。
[0017]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0018]本發(fā)明設(shè)計的一種負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，包括基座和K個滑動推桿；每個所述滑動推桿的一端滑動鑲嵌在基座中且滑動方向與該滑動推桿的中心線平行，所有所述滑動推桿的中心線相互平行;本發(fā)明提供的流體柔性桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:該負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置還包括彈性薄膜、彈性薄膜管、拉膜件、驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)、第一流體、第二流體、第一流體驅(qū)動源、第二流體驅(qū)動源和K個簧件;所述基座包括K個通孔、至少一個第一端口和至少一個第二端口 ；所述第一流體驅(qū)動源與第一端口相連，所述第二流體驅(qū)動源與第二端口相連;部分或全部所述滑動推桿采用有彎曲彈性的柔性桿，所述柔性桿受力可彎曲且不受力時可復(fù)原;所述彈性薄膜管設(shè)置在基座中；所述彈性薄膜管經(jīng)過每個所述滑動推桿的周圍，所述彈性薄膜管分別與每個所述滑動推桿相接觸；所述驅(qū)動器與基座固接，所述驅(qū)動器的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與拉膜件一端相連，所述拉膜件的另一端與彈性薄膜固接;所述第二流體密封在所述彈性薄膜管中；所述彈性薄膜管可變形;所述彈性薄膜管設(shè)有至少一個開口，所述彈性薄膜管的開口與所述第二端口相連通;所述第i個簧件的兩端分別連接基座與第i個滑動推桿;所有所述滑動推桿的一端均從基座的同一側(cè)伸出；所述彈性薄膜可變形，所述彈性薄膜具有開口，所述彈性薄膜包裹所有滑動推桿伸出基座的部分，所述彈性薄膜的開口密封固接在基座上;所述彈性薄膜與基座構(gòu)成一個對第一流體密封的腔室，第一流體密封在所述腔室中；所述第一端口為第一流體進(jìn)入腔室的入口或離開腔室的出口；其中，κ為大于3的自然數(shù);i = l，2，…，K;i為自然數(shù)。
[0019]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第一流體驅(qū)動源米用栗。
[0020]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第二流體驅(qū)動源米用栗。
[0021]如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述拉膜件與彈性薄膜的下端的中心區(qū)域相連。
[0022]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述彈性薄膜由柔性可排空的材料制成，所述彈性薄膜管由柔性可排空的材料制成。
[0023]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第一流體驅(qū)動源采用流體容器。
[0024]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第二流體驅(qū)動源采用流體容器。
[0025]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述滑動推桿包括至少一個桿件和至少一個可彎曲的彈性件;所述桿件和彈性件串聯(lián)在一起。
[0026]如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述拉膜件米用腫繩。
[0027]如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器采用電機(jī)、汽缸或液壓缸。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出特點(diǎn):
[0029]本發(fā)明裝置采用多個滑動推桿、彈性薄膜、彈性薄膜管、流體、流體驅(qū)動源和簧件等綜合實(shí)現(xiàn)離散空間自適應(yīng)抓取功能，利用多個滑動推桿實(shí)現(xiàn)對物體大小和形狀的自適應(yīng)功能，不需要根據(jù)物體的形狀、大小調(diào)整該裝置，利用第二流體充入彈性薄膜管鎖緊滑動推桿，利用第一流體排出彈性薄膜時大氣壓的幫助，使得彈性薄膜收縮，多個滑動推桿向裝置的中心彎曲變形，達(dá)到對物體的多點(diǎn)多向穩(wěn)定抓持效果;該裝置對不同方向放置的各種形狀物體(如長條狀物體)均可有效抓持;該裝置中，所有的滑動推桿與通孔等較好地封閉在了裝置內(nèi)部，因此該裝置適合在比較惡劣(如存在較多粉塵、飛絮)的工作環(huán)境中使用；由于實(shí)現(xiàn)了多向抓取，能夠在多個方向?qū)δ繕?biāo)物體提供抓持力;利用拉膜件拉動彈性薄膜，使彈性薄膜與待抓物體間出現(xiàn)低壓區(qū)域，進(jìn)一步依靠大氣壓輔助抓取，因此抓持穩(wěn)定性高。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明提供的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置的一種實(shí)施例的剖視圖。[0031 ]圖2是圖1所示實(shí)施例的軸側(cè)剖視圖。
[0032]圖3是圖1所示實(shí)施例的一種三維外觀圖。
[0033]圖4是圖1所不實(shí)施例的另一種二維外觀圖。
[0034]圖5是圖1所示實(shí)施例的下基座的俯視圖。
[0035]圖6是圖1所示實(shí)施例的下基座的三維示意圖。
[0036]圖7、圖8和圖9是圖1所示實(shí)施例抓取球狀目標(biāo)物體的過程示意圖。
[0037]圖10和圖11是圖1所示實(shí)施例抓取球狀目標(biāo)物體的原理示意圖。
[0038]圖12是圖10的部分放大示意圖。
[0039]圖13是圖11的部分放大示意圖。
[0040]圖14是圖1所示實(shí)施例在該實(shí)施例抓取球狀目標(biāo)物體時的部分結(jié)構(gòu)正視圖。
[0041]圖15是圖1所示實(shí)施例在該實(shí)施例抓取球狀目標(biāo)物體時部分結(jié)構(gòu)的三維示意圖。
[0042]圖16是在圖1所示實(shí)施例對球狀目標(biāo)物體施加夾持力前該實(shí)施例與球狀目標(biāo)物體的三維外觀圖。
[0043]圖17是在圖1所示實(shí)施例對球狀目標(biāo)物體施加夾持力后該實(shí)施例與球狀目標(biāo)物體的三維外觀圖。
[0044]圖18、19和圖20是圖1所示實(shí)施例抓取長條狀目標(biāo)物體的過程示意圖。
[0045]圖21是圖1所示實(shí)施例在該實(shí)施例抓取長條狀目標(biāo)物體的部分結(jié)構(gòu)正視圖。
[0046]圖22是圖1所示實(shí)施例在該實(shí)施例抓取長條狀目標(biāo)物體的部分結(jié)構(gòu)三維示意圖。
[0047]圖23是在圖1所示實(shí)施例對長條狀目標(biāo)物體施加夾持力前該實(shí)施例與長條狀目標(biāo)物體的三維外觀圖。
[0048]圖24是在圖1所示實(shí)施例對長條狀目標(biāo)物體施加夾持力后該實(shí)施例與長條狀目標(biāo)物體的三維外觀圖。
[0049]圖25是本發(fā)明的又一種實(shí)施例的滑動推桿的示意圖。
[0050]在圖1至圖25中:
[0051 ] 1-基座，11-通孔，12-上基座，13-中間基座，14-下基座，
[0052]15-第一端口，16-第二端口，17-第三端口，18-基座槽，2-滑動推桿，
[0053]21-桿件，22-彈性件，3-簧件，4_彈性薄膜，5_彈性薄膜管，
[0054]6-夾緊圈，71-第一流體，72-第二流體，8_導(dǎo)管，9_拉膜件，
[0055]101-驅(qū)動器(電機(jī))，102-聯(lián)軸器，103-繞線筒，11-低壓區(qū)域，
[0056]121 -球狀目標(biāo)物體，122-長條狀目標(biāo)物體，13_支承面。
【具體實(shí)施方式】
[0057]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。
[0058]本發(fā)明設(shè)計的一種負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，包括基座和K個滑動推桿；每個所述滑動推桿的一端滑動鑲嵌在基座中且滑動方向與該滑動推桿的中心線平行，所有所述滑動推桿的中心線相互平行;本發(fā)明提供的流體柔性桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:該負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置還包括彈性薄膜、彈性薄膜管、拉膜件、驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)、第一流體、第二流體、第一流體驅(qū)動源、第二流體驅(qū)動源和K個簧件;所述基座包括K個通孔、至少一個第一端口和至少一個第二端口 ；所述第一流體驅(qū)動源與第一端口相連，所述第二流體驅(qū)動源與第二端口相連;部分或全部所述滑動推桿采用有彎曲彈性的柔性桿，所述柔性桿受力可彎曲且不受力時可復(fù)原;所述彈性薄膜管設(shè)置在基座中；所述彈性薄膜管經(jīng)過每個所述滑動推桿的周圍，所述彈性薄膜管分別與每個所述滑動推桿相接觸；所述驅(qū)動器與基座固接，所述驅(qū)動器的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與拉膜件一端相連，所述拉膜件的另一端與彈性薄膜固接;所述第二流體密封在所述彈性薄膜管中；所述彈性薄膜管可變形;所述彈性薄膜管設(shè)有至少一個開口，所述彈性薄膜管的開口與所述第二端口相連通;所述第i個簧件的兩端分別連接基座與第i個滑動推桿;所有所述滑動推桿的一端均從基座的同一側(cè)伸出；所述彈性薄膜可變形，所述彈性薄膜具有開口，所述彈性薄膜包裹所有滑動推桿伸出基座的部分，所述彈性薄膜的開口密封固接在基座上;所述彈性薄膜與基座構(gòu)成一個對第一流體密封的腔室，第一流體密封在所述腔室中；所述第一端口為第一流體進(jìn)入腔室的入口或離開腔室的出口；其中，κ為大于3的自然數(shù);i = l，2，…，K;i為自然數(shù)。
[0059]取K= 40，則本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置的一種實(shí)施例，如圖
1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示。該實(shí)施例包括基座1、彈性薄膜4、彈性薄膜管5、拉膜件9、驅(qū)動器11、傳動機(jī)構(gòu)、第一流體71、第二流體72、第一流體驅(qū)動源、第二流體驅(qū)動源、40個滑動推桿2和40個簧件3;每個所述滑動推桿2的一端滑動鑲嵌在基座I中且滑動方向與該滑動推桿的中心線平行，所有所述滑動推桿2的中心線相互平行;所述基座I包括40個通孔11、第一端口 15和第二端口 16;所述第一流體驅(qū)動源與第一端口 71相連，所述第二流體驅(qū)動源與第二端口 72相連;部分或全部所述滑動推桿2采用有彎曲彈性的柔性桿，所述柔性桿受力可彎曲且不受力時可復(fù)原;所述彈性薄膜管5以可與每個所述通孔11相接觸的關(guān)系設(shè)置在基座I中；所述驅(qū)動器101與基座I固接，所述驅(qū)動器101的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與拉膜件9 一端相連，所述拉膜件9的另一端與彈性薄膜固接;所述第二流體72密封在所述彈性薄膜管5中；所述彈性薄膜管5受力可膨脹變形，不受力可恢復(fù);所述彈性薄膜管5設(shè)有一個開口，所述開口與所述第二端口 16相連通;所述第i個簧件3的兩端分別連接基座I與第i個滑動推桿2;所有所述滑動推桿2的一端均從基座I的同一側(cè)伸出;所述彈性薄膜4可變形，所述彈性薄膜4具有開口，所述彈性薄膜4包裹所有滑動推桿2伸出基座I的部分，所述彈性薄膜4的開口密封固接在基座I上;所述彈性薄膜4與基座I構(gòu)成一個對第一流體7密封的腔室，第一流體7密封在所述腔室中；所述第一端口 15為第一流體7進(jìn)入腔室的入口或離開腔室的出口；其中，1 = 1，2，‘"，40;1為自然數(shù)。
[0060]本實(shí)施例中，所述第一流體驅(qū)動源和第二流體驅(qū)動源均采用栗，所述栗為可逆作用栗。
[0061]本實(shí)施例中，所述拉膜件9采用腱繩，所述拉膜件9與彈性薄膜4的下端的中心區(qū)域相連。
[0062]另一種實(shí)施例中，所述第一流體驅(qū)動源采用流體容器，所述第二流體驅(qū)動源采用流體容器。
[0063]本實(shí)施例中，所述彈性薄膜4由柔性可排空的材料制成。本實(shí)施例中，所述彈性薄膜管5由柔性可排空的材料制成。
[0064]本發(fā)明中的流體可以是氣體也可以是液體。本實(shí)施例中，所述第一流體71為氣體，所述第二流體72為氣體。所述第一流體71為空氣。所述第二流體72為空氣。
[0065]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述滑動推桿包括至少一個桿件和至少一個可彎曲的彈性件;所述桿件和彈性件串聯(lián)在一起。在另一種實(shí)施例中，所述滑動推桿23，如圖25所示，包括至少一個不可彎曲、不可壓縮的桿件21和至少一個可彎曲、可壓縮的彈性件22;所述剛性桿21和彈性件22串聯(lián)在一起。
[0066]本發(fā)明所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器采用電機(jī)、汽缸或液壓缸。在本實(shí)施例中，所述驅(qū)動器采用電機(jī)1I。
[0067]盡管較軟的彈性薄膜4起到了軟指面抓持的效果，不過，另一種實(shí)施例中，所述滑動推桿23的末端可以采用彈性材料，這樣有利于實(shí)現(xiàn)更好的軟指面抓取效果，推桿末端與彈性薄膜4的局部接觸點(diǎn)擴(kuò)展為接觸區(qū)域，接觸范圍更大，抓取效果更好。
[0068]本實(shí)施例中，所述基座I包括上基座12、中間基座13、和下基座14;所述下基座14結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，所述中間基座13與下基座14均設(shè)有基座槽16;所述彈性薄膜管5置于中間基座13的基座槽與下基座14的基座槽組成的腔室內(nèi)。
[0069]本實(shí)施例中，所述傳動機(jī)構(gòu)包括聯(lián)軸器102和繞線筒103;所述聯(lián)軸器連接繞線筒103與驅(qū)動器103，所述繞線筒套103設(shè)在基座I上，所述拉膜件9 一端固接在繞線筒上，另一端固接在彈性薄膜4上。
[0070]本實(shí)施例中，所述基座I還設(shè)有第三端口 17。
[0071]本實(shí)施例還包括夾緊圈6，所述夾緊圈6將彈性薄膜4固接在基座I上。
[0072]本實(shí)施例還包括導(dǎo)管8，所述導(dǎo)管8連接第一端口 15、第三端口 17和下基座14與彈性薄膜4構(gòu)成的腔室。
[0073]下面結(jié)合附圖介紹圖1所示實(shí)施例的工作原理。
[0074]本實(shí)施例的初始狀態(tài)如圖1、圖2、圖3和圖4所示，此時第一端口15、第二端口 16和第三端口 17均關(guān)閉，第i個滑動推桿2在第i個簧件3的作用下，第i個滑動推桿2的大部分伸出下基座14并處在下基座14與彈性薄膜4構(gòu)成的腔室內(nèi)；此時驅(qū)動器101未啟動，拉膜件9處于松弛狀態(tài);其中，i = l，2，‘"，40;i為自然數(shù)。
[0075]在該實(shí)施例對目標(biāo)物體實(shí)施抓取時，第三端口17打開，保持與第三端口 17相連通的流體源的壓力為大氣壓，或者將第二端口 17與大氣連通(本實(shí)施例中流體為氣體)。由于在彈性薄膜4內(nèi)的第一流體71的壓力與大氣壓相同，彈性薄膜4上處于平衡狀態(tài)，此時由于第二端口 16關(guān)閉，第二流體驅(qū)動源未作用，彈性薄膜管5未膨脹，故滑動推桿2可以自由滑動在通孔11中。該實(shí)施例在機(jī)械臂的帶動下靠近放在支承面上的物體并對物體產(chǎn)生擠壓。若裝置內(nèi)的滑動推桿2下方對應(yīng)的彈性薄膜4的區(qū)域碰觸到了物體，則該滑動推桿2會在目標(biāo)物體的反作用力下相對于抓持裝置向上滑動;而若滑動推桿2下方對應(yīng)的彈性薄膜4的區(qū)域未碰觸到目標(biāo)物體，該滑動推桿2不會相對于抓持裝置運(yùn)動；由于不同的滑動推桿2在目標(biāo)物體的擠壓反作用力下產(chǎn)生了不同的滑動距離，故彈性薄膜4自適應(yīng)地包裹住目標(biāo)物體，如圖1O所示。
[0076]之后，第二端口I6打開，第二流體驅(qū)動源通過第二端口 16對彈性薄膜管5充入第二流體72(本實(shí)施例中為空氣)，彈性薄膜管5內(nèi)的第二流體72壓強(qiáng)增大至大于彈性薄膜管5外第一流體71的壓強(qiáng)，彈性薄膜管5開始膨脹直至擠壓滑動鑲嵌在第j個通孔11中的第j個滑動推桿2，第j個滑動推桿2受到擠壓不能滑動;該過程如圖12和圖13所示;其中，j = I，2，…，40; j為自然數(shù)。
[0077]當(dāng)所有滑動推桿被彈性薄膜管5擠壓鎖定后，保持第二端口16打開;而后第一端口11打開，第三端口 13關(guān)閉，在第一流體驅(qū)動源的作用下，基座I與彈性薄膜4所構(gòu)成的腔室內(nèi)的部分或全部空氣排出，導(dǎo)致該腔室內(nèi)的壓強(qiáng)小于外界大氣壓強(qiáng)，彈性薄膜4受外界大氣壓強(qiáng)的擠壓而收縮；由于滑動推桿2被鎖定，故在彈性薄膜4收縮過程中，滑動推桿2不會向上滑動;而由于滑動推桿2具有可彎曲的彈性，故滑動推桿2會受到彈性薄膜4的擠壓而向該裝置中部有一定程度的聚攏彎曲變形，進(jìn)而在目標(biāo)物體的側(cè)面對目標(biāo)物體產(chǎn)生了擠壓力一一即抓持力;在該裝置對物體包裹并產(chǎn)生抓持力后，驅(qū)動器101啟動，帶動拉膜件9拉動彈性薄膜，使彈性薄膜產(chǎn)生變形，進(jìn)而使彈性薄膜與物體之間產(chǎn)生局部低壓區(qū)域11，依靠大氣壓提供輔助抓持力;在抓取過程中原理圖如圖10和圖11所示;滑動推桿2的彎曲情況如圖14、圖15、圖21和圖22所示，在施加抓取力前時該裝置與物體的三維外觀如圖16和圖23所示;在施加抓取力后時該裝置與物體的三維外觀如圖17和圖24所示;整個抓取過程如圖7至圖9和圖18至圖20所示。
[0078]在該實(shí)施例與目標(biāo)物體間產(chǎn)生局部低壓區(qū)域和該實(shí)施例對目標(biāo)物體產(chǎn)生了側(cè)面擠壓力后，該抓持裝置在機(jī)械臂的運(yùn)動下實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)物體的抓取。
[0079]在釋放物體時，驅(qū)動器101反向驅(qū)動，使拉膜件9松弛后關(guān)閉驅(qū)動器;而后第一端口15關(guān)閉，第三端口 17打開，基座I與彈性薄膜4組成的腔室內(nèi)重新充滿氣體，該腔室內(nèi)壓強(qiáng)與外界壓強(qiáng)相同，因而彈性薄膜4回復(fù)到了初始狀態(tài);此時第二流體驅(qū)動源通過第二端口 16對彈性薄膜管5作用，吸走第二流體72，使彈性薄膜管5收縮，彈性薄膜管5不再擠壓滑動推桿2，滑動推桿2可自由滑動，而后關(guān)閉第二端口 16;此時移開機(jī)器人手裝置，第i個滑動推桿2在第i個簧件3的作用下也回復(fù)到伸出基座I最長的初始狀態(tài)，并且由于滑動推桿2不再受到彈性薄膜4擠壓，滑動推桿2恢復(fù)伸直的初始狀態(tài)，進(jìn)而對目標(biāo)物體的抓取力消失，實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)物體的釋放。其中，i = I，2，…，36; i為自然數(shù)。
[0080]本發(fā)明裝置采用多個滑動推桿、彈性薄膜、彈性薄膜管、流體、拉膜件、流體驅(qū)動源和簧件等綜合實(shí)現(xiàn)離散空間自適應(yīng)抓取功能，利用多個滑動推桿實(shí)現(xiàn)對物體大小和形狀的自適應(yīng)功能，不需要根據(jù)物體的形狀、大小調(diào)整該裝置，利用第二流體充入彈性薄膜管鎖緊滑動推桿，利用第一流體排出彈性薄膜時大氣壓的幫助，使得彈性薄膜收縮，多個滑動推桿向裝置的中心彎曲變形，達(dá)到對物體的多點(diǎn)多向穩(wěn)定抓持效果，利用拉膜件拉動彈性薄膜使彈性薄膜與目標(biāo)物體間產(chǎn)生局部低壓區(qū)域，增大了抓持的可靠性;該裝置對不同方向放置的各種形狀物體(如長條狀物體)均可有效抓持;該裝置中，所有的滑動推桿與通孔等較好地封閉在了裝置內(nèi)部，因此該裝置適合在比較惡劣(如存在較多粉塵、飛絮)的工作環(huán)境中使用；由于實(shí)現(xiàn)了多向抓取，能夠在多個方向?qū)δ繕?biāo)物體提供抓持力，而且還能夠依靠產(chǎn)生低壓區(qū)域進(jìn)一步依靠大氣壓輔助抓取，因此抓持穩(wěn)定性高。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，適用范圍廣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，包括基座(I)和K個滑動推桿(2);每個所述滑動推桿(2)的一端滑動鑲嵌在基座(I)中且滑動方向與該滑動推桿(2)的中心線平行，所有所述滑動推桿(2)的中心線相互平行;其特征在于:該負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置還包括彈性薄膜(4)、彈性薄膜管(5)、拉膜件(9)、驅(qū)動器(101)、傳動機(jī)構(gòu)、第一流體(71)、第二流體(72 )、第一流體驅(qū)動源、第二流體驅(qū)動源和K個簧件(3);所述基座(I)包括K個通孔(11)、至少一個第一端口(15)和至少一個第二端口(16);所述第一流體驅(qū)動源與第一端口(71)相連，所述第二流體驅(qū)動源與第二端口(72)相連;部分或全部所述滑動推桿(2)采用有彎曲彈性的柔性桿，所述柔性桿受力可彎曲且不受力時可復(fù)原;所述彈性薄膜管(5)設(shè)置在基座(I)中；所述彈性薄膜管(5)經(jīng)過每個所述滑動推桿的周圍，所述彈性薄膜管分別與每個所述滑動推桿相接觸;所述驅(qū)動器(101)與基座(I)固接，所述驅(qū)動器(101)的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與拉膜件(9) 一端相連，所述拉膜件(9)的另一端與彈性薄膜固接;所述第二流體(72)密封在所述彈性薄膜管(5)中；所述彈性薄膜管(5)可變形;所述彈性薄膜管(5)設(shè)有至少一個開口，所述彈性薄膜管(5)的開口與所述第二端口(16)相連通;所述第i個簧件(3)的兩端分別連接基座(I)與第i個滑動推桿(2);所有所述滑動推桿(2)的一端均從基座(I)的同一側(cè)伸出；所述彈性薄膜(4)可變形，所述彈性薄膜(4)具有開口，所述彈性薄膜(4)包裹所有滑動推桿(2)伸出基座(I)的部分，所述彈性薄膜(4)的開口密封固接在基座(I)上;所述彈性薄膜(4)與基座(I)構(gòu)成一個對第一流體(71)密封的腔室，第一流體(71)密封在所述腔室中；所述第一端口(15)為第一流體(71)進(jìn)入腔室的入口或離開腔室的出口；其中，K為大于3的自然數(shù);i = l，2，…，K; i為自然數(shù)。2.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第一流體驅(qū)動源采用栗。3.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第二流體驅(qū)動源采用栗。4.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述拉膜件(9)與彈性薄膜(4)的下端的中心區(qū)域相連。5.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述彈性薄膜(4)由柔性可排空的材料制成，所述彈性薄膜管(5)由柔性可排空的材料制成。6.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第一流體驅(qū)動源采用流體容器。7.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述第二流體驅(qū)動源采用流體容器。8.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述滑動推桿包括至少一個桿件(21)和至少一個可彎曲的彈性件(22);所述桿件(21)和彈性件(22)串聯(lián)在一起。9.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述拉膜件(9)采用腱繩。10.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓輔助桿簇自適應(yīng)機(jī)器人手裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器采用電機(jī)、汽缸或液壓缸。
【文檔編號】B25J15/12GK105856269SQ201610366030
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】楊昊錕, 付宏, 張文增
【申請人】清華大學(xué)