一種可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的固定手掌型柔性仿生機(jī)械手爪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械手爪，具體的說(shuō)，是涉及一種可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的柔性機(jī)械手爪。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械手爪能夠模仿人手和臂膀的某些功能和動(dòng)作，按照預(yù)設(shè)程序抓取物品及搬運(yùn)物件，是一種自動(dòng)化操作裝置。它可取代人工操作進(jìn)行危險(xiǎn)或繁重作業(yè)，保證人身安全，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化，故而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、輕工業(yè)、電子、冶金和原子能等領(lǐng)域中。
[0003]目前，常見(jiàn)的機(jī)械手爪呈剛性結(jié)構(gòu)且具有較為復(fù)雜的構(gòu)型，當(dāng)所抓取物品形狀較固定、外表較堅(jiān)硬時(shí)，此類機(jī)械手爪可按預(yù)先設(shè)定的力抓取物品。然而，當(dāng)抓取的物品易碎、易變形或形狀不固定時(shí)，這種剛性結(jié)構(gòu)或構(gòu)型復(fù)雜的機(jī)械手爪容易對(duì)所抓取物品造成不必要的損傷及破壞，或難以適應(yīng)復(fù)雜外形物體。如，公開(kāi)號(hào)為CN102785251A的專利申請(qǐng)中所述機(jī)械手爪的手指為剛性體，限制了手爪的自適應(yīng)能力和運(yùn)動(dòng)靈活性；公開(kāi)號(hào)為CN102416624A的專利申請(qǐng)描述了一種柔性自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪，但其骨架和手指構(gòu)型限制了手爪適應(yīng)各種復(fù)雜外形物品的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有機(jī)械手爪不能滿足復(fù)雜多變的抓取要求的技術(shù)問(wèn)題，提供一種可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的固定手掌型柔性仿生機(jī)械手爪，靈活性高，對(duì)復(fù)雜外形物體適應(yīng)性強(qiáng)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]一種可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的固定手掌型柔性仿生機(jī)械手爪，包括驅(qū)動(dòng)平臺(tái)、固定手掌、四根被動(dòng)手指和四個(gè)主動(dòng)支鏈，所述主動(dòng)支鏈將所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)、所述固定手掌、所述被動(dòng)手指連接；
[0007]所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)和所述固定手掌均為中心對(duì)稱的平板結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的對(duì)稱中心與所述固定手掌的對(duì)稱中心之間的連接直線s分別與所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)和所述固定手掌相垂直；所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)能夠在直線驅(qū)動(dòng)器的作用下沿所述連接直線s做直線運(yùn)動(dòng)；
[0008]四個(gè)所述主動(dòng)支鏈完全相同且以所述連接直線s為中心線均勻分布，相鄰兩個(gè)所述主動(dòng)支鏈的夾角均為90° ;
[0009]每個(gè)所述主動(dòng)支鏈由驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接板、手指轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成；所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的邊部通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述連接板的一端連接，所述連接板的另一端通過(guò)所述手指轉(zhuǎn)動(dòng)副與被動(dòng)手指的第一橫梁板的中部連接；所述手指轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行；
[0010]四根所述被動(dòng)手指完全相同且以所述連接直線s為中心線均勻分布，相鄰兩根所述被動(dòng)手指的夾角均為90° ;[0011 ] 每根被動(dòng)手指由三個(gè)橫梁板、三個(gè)外側(cè)板、三個(gè)內(nèi)側(cè)板、三個(gè)連接橫梁板與外側(cè)板的彈簧、七個(gè)板轉(zhuǎn)動(dòng)副以及六個(gè)彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副組成；三個(gè)所述橫梁板包括第一橫梁板、第二橫梁板、第三橫梁板；三個(gè)所述外側(cè)板包括第一外側(cè)板、第二外側(cè)板和第三外側(cè)板；三個(gè)所述內(nèi)側(cè)板包括第一內(nèi)側(cè)板、第二內(nèi)側(cè)板和第三內(nèi)側(cè)板；三個(gè)所述彈簧包括第一彈簧、第二彈簧和第三彈簧；所述橫梁板、所述外側(cè)板、所述內(nèi)側(cè)板之間通過(guò)所述板轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，七個(gè)所述板轉(zhuǎn)動(dòng)副包括第一板轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二板轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三板轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四板轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五板轉(zhuǎn)動(dòng)副、第六板轉(zhuǎn)動(dòng)副和第七板轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述彈簧兩端分別通過(guò)所述彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與所述橫梁板與所述外側(cè)板連接，六個(gè)所述彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副包括第一彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副和第六彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副；
[0012]所有所述板轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與所有所述彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行，同時(shí)與所述手指轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與所述驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線也相互平行；所述彈簧的軸線位于所述被動(dòng)手指的中心面內(nèi)；
[0013]所述第一橫梁板的一端通過(guò)所述第一板轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述第一外側(cè)板的頂端連接，所述第一橫梁板的另一端通過(guò)所述第二板轉(zhuǎn)動(dòng)副同時(shí)與所述第一內(nèi)側(cè)板的頂端和所述固定手掌的邊部連接；所述第二橫梁板的一端通過(guò)所述第三板轉(zhuǎn)動(dòng)副同時(shí)與所述第一外側(cè)板的底端和所述第二外側(cè)板的頂端連接，所述第二橫梁板的另一端通過(guò)所述第四板轉(zhuǎn)動(dòng)副同時(shí)與所述第一內(nèi)側(cè)板的底端和所述第二內(nèi)側(cè)板的頂端連接；所述第三橫梁板的一端通過(guò)所述第五板轉(zhuǎn)動(dòng)副同時(shí)與所述第二外側(cè)板的底端和所述第三外側(cè)板的頂端連接，所述第三橫梁板的另一端通過(guò)所述第六板轉(zhuǎn)動(dòng)副同時(shí)與所述第二內(nèi)側(cè)板的底端和所述第三內(nèi)側(cè)板的頂端連接；所述第三外側(cè)板的底端和所述第三內(nèi)側(cè)板的底端通過(guò)所述第七板轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；
[0014]所述第一彈簧的一端通過(guò)所述第一彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述第一橫梁板連接，另一端通過(guò)所述第二彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述第一外側(cè)板連接；所述第二彈簧的一端通過(guò)所述第三彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述第二橫梁板連接，另一端通過(guò)所述第四彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述第二外側(cè)板連接；所述第三彈簧的一端通過(guò)所述第五彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述第三橫梁板連接，另一端通過(guò)所述第六彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述第三外側(cè)板連接。
[0015]所述內(nèi)側(cè)板為柔性材料制成的柔性板。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的柔性仿生機(jī)械手爪，其機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了大量生產(chǎn)制作成本；僅需單一驅(qū)動(dòng)，免去了復(fù)雜的控制算法帶來(lái)的諸多難題，便于控制與設(shè)計(jì)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜外形物品的被動(dòng)柔性面包絡(luò)，抓取穩(wěn)定性高；應(yīng)用靈活性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、輕工業(yè)、醫(yī)療等要求被動(dòng)柔性包絡(luò)外形復(fù)雜、易碎物品的場(chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明所提供的可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的固定手掌型柔性仿生機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明所提供的可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的固定手掌型柔性仿生機(jī)械手爪的主視圖；
[0020]圖3是本發(fā)明所提供的可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的固定手掌型柔性仿生機(jī)械手爪中第一被動(dòng)手指的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1、被動(dòng)手指；2、固定手掌；3、主動(dòng)支鏈；4、驅(qū)動(dòng)平臺(tái)；5、手指轉(zhuǎn)動(dòng)副；6、連接板；7、驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副；
[0022]8、外側(cè)板:第一外側(cè)板A、第二外側(cè)板B和第三外側(cè)板C ；
[0023]9、彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副:第一彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副O(jiān)L、第二彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副O(jiān)A、第三彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副PM、第四彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副PB、第五彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副QN和第六彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副QC ;
[0024]10、彈簧:第一彈簧O、第二彈簧P和第三彈簧Q ;
[0025]11、橫梁板:第一橫梁板L、第二橫梁板M、第三橫梁板N ；
[0026]12、內(nèi)側(cè)板:第一內(nèi)側(cè)板a、第二內(nèi)側(cè)板b和第三內(nèi)側(cè)板c ；
[0027]13、板轉(zhuǎn)動(dòng)副:第一板轉(zhuǎn)動(dòng)副LA、第二板轉(zhuǎn)動(dòng)副La、第三板轉(zhuǎn)動(dòng)副MB、第四板轉(zhuǎn)動(dòng)副Mb、第五板轉(zhuǎn)動(dòng)副NC、第六板轉(zhuǎn)動(dòng)副Ne和第七板轉(zhuǎn)動(dòng)副Ce。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0029]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供了一種可實(shí)現(xiàn)被動(dòng)包絡(luò)的固定手掌型柔性仿生機(jī)械手爪，主要包括驅(qū)動(dòng)平臺(tái)4、固定手掌2、四根被動(dòng)手指I和四個(gè)主動(dòng)支鏈3，四個(gè)主動(dòng)支鏈3將驅(qū)動(dòng)平臺(tái)4、固定手掌2和四根被動(dòng)手指I連接。
[0030]驅(qū)動(dòng)平臺(tái)4包括中心對(duì)稱的多邊形平板結(jié)構(gòu)和圓柱形桿，該平板結(jié)構(gòu)包括至少四個(gè)均布外凸的邊部，圓柱形桿垂直平板結(jié)構(gòu)并固定于其頂部的幾何中心處。圓柱形桿連接直線驅(qū)動(dòng)器，可以在直線驅(qū)動(dòng)器的作用下帶動(dòng)平板結(jié)構(gòu)與其一同沿圓柱形桿軸線aa進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。
[0031]固定手掌2也為中心對(duì)稱的多邊形平板結(jié)構(gòu)，且與驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的平板結(jié)構(gòu)上下對(duì)應(yīng)的平行設(shè)置。通過(guò)固定手掌2的對(duì)稱中心且與其所在平面相垂直的線稱為固定手掌2軸線bb,固定手掌2軸線bb與驅(qū)動(dòng)平臺(tái)3的圓柱形桿軸線aa重合。
[0032]四個(gè)主動(dòng)支鏈3的結(jié)構(gòu)完全相同，并且以驅(qū)動(dòng)平臺(tái)3的圓柱形桿軸線aa為中心在空間上均勻分布，相鄰兩個(gè)主動(dòng)支鏈3的夾角均為90°。
[0033]每個(gè)主動(dòng)支鏈3均由驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副7、連接板6、手指轉(zhuǎn)動(dòng)副5構(gòu)成。對(duì)于每個(gè)主動(dòng)支鏈3及其對(duì)應(yīng)的被動(dòng)手指I來(lái)講，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)4的平板結(jié)構(gòu)邊部通過(guò)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副7與連接板6的一端連接，連接板6的另一端通過(guò)手指轉(zhuǎn)動(dòng)副5與被動(dòng)手指I的第一橫梁板L的中部連接。手指轉(zhuǎn)動(dòng)副5的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線d與驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副7的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線e相互平行。
[0034]四根被動(dòng)手指I結(jié)構(gòu)完全相同，并且以驅(qū)動(dòng)平臺(tái)3的圓柱形桿軸線aa為中心在空間上均勻分布，相鄰兩根被動(dòng)手指I的夾角均為90°。這樣，四根被動(dòng)手指I在四個(gè)主動(dòng)支鏈3的帶動(dòng)下在與被抓取物體接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生相似的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的三維空間抓取。
[0035]本實(shí)施例以其中一根被動(dòng)手指I為例進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖3(a)所示，被動(dòng)手指I由三個(gè)橫梁板11、三個(gè)外側(cè)板8、三個(gè)內(nèi)側(cè)板12、三個(gè)連接橫梁板11與外側(cè)板12的彈簧10、七個(gè)板轉(zhuǎn)動(dòng)副13以及六個(gè)彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)副9組成。如圖3(b)所示，三個(gè)橫梁板11包括:第一橫梁板L、第