彈性波紋管單作用氣缸驅(qū)動(dòng)串聯(lián)柔性鉸鏈骨架機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及彈性波紋管單作用氣缸驅(qū)動(dòng)串聯(lián)柔性鉸鏈骨架機(jī)械手，此機(jī)械手由一個(gè)手掌和二個(gè)柔性手指，或一個(gè)手掌和三個(gè)柔性手指組成；每個(gè)柔性手指結(jié)構(gòu)相同，主要由一個(gè)彈性波紋管單作用氣缸和一個(gè)串聯(lián)柔性鉸鏈組成；串聯(lián)柔性鉸鏈的構(gòu)型根據(jù)被抓取對象的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的；機(jī)械手靠彈性波紋管單作用氣缸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生抓持力。此機(jī)械手應(yīng)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(jī)器人、機(jī)電一體化的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域；與機(jī)器人本體聯(lián)接，尤其適用于食品、農(nóng)產(chǎn)品、輕工產(chǎn)品的抓取、分揀和包裝等生產(chǎn)和物流領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]針對輕工和食品行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)狀況，為滿足形狀復(fù)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(dòng)的用工成本高、勞動(dòng)條件差等問題，需要物流抓取機(jī)械手。就抓取的復(fù)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)形狀不規(guī)則的、大小差別大的物體(瓜果、蔬菜)異形的、位置狀態(tài)混亂且難理順的物體(酒瓶、化妝品瓶)；從上可見，復(fù)雜對象的材料性質(zhì)、形狀尺寸及位置狀態(tài)的差別較大。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械手為夾鉗式或平行移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，只能抓取形狀大小相同、位置狀態(tài)一致、不會(huì)破損的剛性工件。仿人靈巧手需要感知復(fù)雜對象的空間位置和形狀，需要精確控制運(yùn)動(dòng)和抓取力，否則會(huì)損壞復(fù)雜對象或不能可靠抓取，但目前仿人靈巧手尚處在實(shí)驗(yàn)室研宄階段，且成本高、對使用環(huán)境要求高。
[0003]本發(fā)明彈性波紋管單作用氣缸驅(qū)動(dòng)串聯(lián)柔性鉸鏈骨架機(jī)械手的特點(diǎn)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(fù)雜對象時(shí)，柔性自適應(yīng)性好；同時(shí)，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(yùn)行平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏。
[0004]本發(fā)明機(jī)械手的關(guān)鍵部件是柔性手指，亦稱為柔性關(guān)節(jié)。本發(fā)明之前，專利(一種多關(guān)節(jié)柔性機(jī)械手，200810023616.5)提出了一種橡膠波紋管膨脹加載式氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的、柔性鉸鏈骨架的柔性彎曲關(guān)節(jié)，其缺點(diǎn)是:①結(jié)構(gòu)上沒有徑向力放大作用，在人工肌肉驅(qū)動(dòng)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(nèi)腔的壓強(qiáng)增量越大，柔性鉸鏈越難彎曲，亦即柔性手指串聯(lián)柔性鉸鏈的二個(gè)角位移-氣壓的曲線斜率均越來越??；②驅(qū)動(dòng)力作用于柔性鉸鏈骨架的位置不能調(diào)節(jié)，抓取物體的通用性不夠好。專利申請(柔順機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)串聯(lián)柔性鉸鏈多指手爪，201310123063.1)是一種采用氣缸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，其缺點(diǎn)是:①由于存在氣缸活塞和活塞桿上橡膠密封的這兩個(gè)滑動(dòng)摩擦力，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差較大，且滑動(dòng)摩擦力大小還與活塞桿的受力狀況相關(guān)，摩擦力變化大，因此三個(gè)手指氣缸活塞運(yùn)動(dòng)的同步性控制較復(fù)雜，位置伺服控制難度大；②機(jī)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(luò)抓取方式，應(yīng)用范圍較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明克服了上述不足，本發(fā)明機(jī)械手有二個(gè)柔性手指或三個(gè)柔性手指，每個(gè)柔性手指結(jié)構(gòu)相同。原理上柔性手指為四鉸鏈的五桿機(jī)構(gòu)，五桿分別是:驅(qū)動(dòng)桿(彈性波紋管單作用氣缸8)、串聯(lián)柔性鉸鏈4形成的三個(gè)柔性鉸鏈桿(串聯(lián)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(lián)柔性鉸鏈4的二個(gè)柔性鉸鏈、二力桿7兩端的二個(gè)鉸鏈。
[0006]本發(fā)明的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明機(jī)械手的一種結(jié)構(gòu)如附圖1、2所示，由二個(gè)相同的柔性手指和一個(gè)手掌盤I組成，二個(gè)相同的柔性手指左右對稱地安裝在手掌盤I的導(dǎo)向槽中，靠手掌盤I上的中心孔定位中心距。柔性手指由指根2、彎板3、串聯(lián)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。本發(fā)明機(jī)械手的特征是:指根2在手掌盤I的導(dǎo)向槽中導(dǎo)向，螺釘穿過指根2上的腰形槽，將指根2固定在手掌盤I上，指根2上的腰形槽可以調(diào)節(jié)柔性手指的中心距，螺釘將串聯(lián)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(tài)時(shí)串聯(lián)柔性鉸鏈4呈平直狀態(tài)；壓板5上有四個(gè)螺釘?shù)穆菁y孔，用四個(gè)螺釘穿過鉸鏈座6將串聯(lián)柔性鉸鏈4的下柔性鉸鏈桿夾緊固定在壓板5上，串聯(lián)柔性鉸鏈4的下柔性鉸鏈桿上沒有孔，便于調(diào)節(jié)鉸鏈座6在串聯(lián)柔性鉸鏈4的下柔性鉸鏈桿上的安裝位置，串聯(lián)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Ila形成鉸鏈聯(lián)結(jié)。
[0008]本發(fā)明機(jī)械手的另一種結(jié)構(gòu)如附圖3所示，由三個(gè)相同的柔性手指和一個(gè)手掌盤I組成，三個(gè)相同的柔性手指120°均布地安裝在手掌盤I的導(dǎo)向槽中，靠手掌盤I上的中心孔定位中心距。柔性手指的結(jié)構(gòu)與前面所述完全相同，由指根2、彎板3、串聯(lián)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。
[0009]如附圖4、5所示，彈性波紋管單作用氣缸8由底蓋la、橡膠墊2a、氣缸座3a、卡箍4a、彈性波紋管5a、導(dǎo)套6a、直線軸承7a、螺紋蓋8a、導(dǎo)桿9a、導(dǎo)桿座10a、鉸鏈支座11a、壓縮彈簧12a、尼龍調(diào)節(jié)片13a、彈簧蓋14a、內(nèi)六角螺釘15a、密封圈16a、直角管接頭17a組成。其特征是:底蓋la、橡膠墊2a、氣缸座3a通過螺釘固定在一起，導(dǎo)套6a上端的法蘭被氣缸座3a壓緊在橡膠墊2a上，導(dǎo)套6a法蘭下面的圓柱與氣缸座3a的最小孔間隙配合，保證導(dǎo)套6a與氣缸座3a的同軸度；橡膠的彈性波紋管5a用卡箍4a固定在氣缸座3a和導(dǎo)桿座1a上；為導(dǎo)桿9a導(dǎo)向的直線軸承7a安裝在導(dǎo)套6a內(nèi)，螺紋蓋8a旋在導(dǎo)套6a，軸向固定直線軸承7a ;導(dǎo)桿9a安裝在導(dǎo)桿座1a上，壓縮彈簧12a在導(dǎo)套6a內(nèi)，內(nèi)六角螺釘15a將尼龍調(diào)節(jié)片13a和彈簧蓋14a固定在導(dǎo)桿9a，彈簧蓋14a壓著壓縮彈簧12a，更換不同厚度的尼龍調(diào)節(jié)片13a，可以調(diào)節(jié)壓縮彈簧12a的預(yù)緊力，并可調(diào)節(jié)彈性波紋管單作用氣缸8的行程；鉸鏈支座Ila安裝在導(dǎo)桿座1a的對稱中心上，調(diào)整彈性波紋管5a在導(dǎo)桿座1a上的相位角，保證鉸鏈支座Ila與鉸鏈座6、二力桿7共在一個(gè)平面上；直角管接頭17a螺紋安裝在氣缸座3a上，直角管接頭17a螺紋和氣缸座3a之間有密封圈16a。
[0010]如附圖6、7所示，手掌盤I上有四個(gè)導(dǎo)向槽，左邊的導(dǎo)向槽與右邊的導(dǎo)向槽左右對稱，左邊的導(dǎo)向槽與右邊的上下二個(gè)導(dǎo)向槽120°均布，四個(gè)導(dǎo)向槽上有四個(gè)螺紋孔，四個(gè)螺紋孔的中心距相同。
[0011]本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012](I)彈性波紋管單作用氣缸8沒有橡膠密封產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力，因此三個(gè)手指氣缸活塞運(yùn)動(dòng)的同步性控制較簡單，位置伺服控制難度小。
[0013](2)彈性波紋管單作用氣缸8沒有橡膠密封產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力，且采用直線軸承的滾動(dòng)摩擦的導(dǎo)向形式，因此能耗小，反應(yīng)快，無低速爬行現(xiàn)象。
[0014](3)機(jī)械手柔性手指是斜向安裝，不僅適用于“指尖接觸”的捏取抓取方式，也能采用“手指和手掌多處接觸”的包絡(luò)抓取方式，應(yīng)用范圍較大。
[0015](